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우리 모두가 알고 있는 드라이아이스는 고체 상태의 이산화탄소에 지나지 않습니다. 이것은 승화로 알려진 과정인 액체 상태를 먼저 거치지 않고 고체 상태에서 기체 상태로 이동할 수 있는 특수성을 가진 매우 일반적인 화합물입니다.
1atm 압력에서 이산화탄소의 승화점은 -78.5°C입니다. 이것이 대기에 노출된 드라이아이스 블록이 자발적으로 -78.5°C까지 따뜻해진 다음 승화하기 시작하여 증발할 때까지 그 온도를 유지하는 이유입니다. 완전히. 이렇게 낮은 온도에서 보관되고 액체 상태로 변하지 않고 소비된다는 사실이 바로 이러한 형태의 이산화탄소에 대한 드라이아이스의 이름을 정당화하는 것입니다.
이 동일한 속성은 또한 취급하기 쉬운 휴대용 냉매 및 “가짜 연기” 또는 드라이 아이스 안개를 생성하는 데 사용되는 차가운 가스의 소스로 특히 유용합니다.
드라이아이스 안개나 연기는 어떻게 얻습니까?
드라이 아이스 안개를 형성하는 것은 매우 쉽습니다. 뜨거운 물과 드라이아이스만 있으면 됩니다. 단계는 세 가지입니다.
- 물을 끓일 때까지 가열하고 스티로폼 또는 발포 폴리스티렌(EPS) 용기, 개방형 보온병 또는 듀어 비커(후자는 일부 실험실에서 구할 수 있음)와 같은 단열 용기에 넣습니다.
- 끓는 물에 드라이아이스 한 덩어리를 넣는다. 뜨거운 물이 담긴 용기에 들어갈 만큼 작은 블록이 바람직하지만 너무 빨리 증발하지 않도록 너무 작지 않은 것이 좋습니다. 짙은 안개가 즉시 형성되기 시작하여 용기의 측면을 넘어 바닥으로 흘러내립니다.
- 안개가 들어 올려 더 많은 공간을 덮고 싶다면 팬을 사용하여 공기를 옮길 수 있습니다.
시간이 지날수록 드라이아이스의 낮은 온도로 인해 뜨거운 물이 식게 됩니다. 이렇게 하면 생성되는 안개의 양이 점차 줄어듭니다. 또한 차가운 이산화탄소가 따뜻한 주변 공기와 결합함에 따라 안개가 사라지는 경향이 있으며, 이는 또한 연기나 안개의 영향을 줄이는 경향이 있습니다.
드라이아이스 연기에 색을 입히는 과정
많은 응용 분야에서 다양한 색상의 연기나 미스트를 생성하는 것이 바람직합니다. 미스트는 사용된 두 가지 성분에서만 하얗게 만들 수 있기 때문에 미스트에서 직접 달성할 수 없습니다. 그러나 흰색 안개는 유색광을 비추면 색의 외관을 부여할 수 있습니다.
흰색이기 때문에 안개는 가시 광선의 모든 색상을 반사할 수 있습니다. 따라서 흰색 안개에 파란색 빛을 비추면 파란색 빛이 반사되어 파란색으로 보입니다. 우리가 사용하는 다른 색상의 빛에서도 마찬가지입니다.
드라이 아이스 안개는 어떻게 작동합니까?
드라이아이스 안개의 형성을 설명하는 일반적인 실수는 우리가 보는 안개가 실제로 이산화탄소로 만들어졌다고 가정하는 것입니다. 결국, 드라이아이스는 고체 이산화탄소로 만들어지고, 승화 과정에서 기체로 방출되는 그 화합물이 맞죠?
이것은 완전히 사실입니다. 문제는 이산화탄소가 무색의 기체여서 눈으로 볼 수 없다는 점이다. 이것은 안개의 흰색이 드라이아이스에서 나올 수 없다는 것을 의미합니다. 그래서 그것은 다른 것임에 틀림 없습니다.
작은 가짜 연기 생성기의 두 번째 구성 요소를 분석할 때 두 번째 실수에 빠지고 안개가 실제로 수증기로 생각할 수 있습니다. 그러나 수증기는 가스 상태의 이산화탄소와 동일합니다. 가스 상태의 물도 보이지 않습니다.
그래서 우리는 정말로 무엇을 봅니까?
안개는 구름과 마찬가지로 너무 가벼워서 얼마 동안 공기 중에 떠 있을 수 있는 수백만 개의 작은 액체 물방울이 응결되어 형성됩니다. 이 작은 물방울은 뜨거운 물이 드라이아이스의 승화에 의해 방출되는 차가운 기체 이산화탄소(영하 78.5°C)와 접촉할 때 뜨거운 물에서 수증기가 응축되어 생성됩니다.
이 승화는 드라이아이스가 뜨거운 물과 접촉할 때 상당히 가속화되는데, 이때 대량의 이산화탄소 가스가 방출되어 최근에 응축된 수증기 방울을 끌어당겨 우리가 볼 수 있는 안개를 형성합니다.
차가운 이산화탄소와 작은 물방울의 안개는 모두 공기보다 밀도가 높기 때문에 거의 액체처럼 땅에 떨어지거나 끌리는 경향이 있습니다. 그러나 안개를 들어 올려 퍼뜨리는 데는 약간의 바람만 있으면 충분하지만 이렇게 하면 지속 시간이 단축됩니다.
안개가 사라지는 이유는 무엇입니까?
안개가 사라지는 데에는 몇 가지 이유가 있습니다. 첫 번째는 안개가 공간에 퍼짐에 따라 안개를 형성하는 입자의 농도가 감소하여(공기로 희석됨) 점점 얇아지거나 희박해 보입니다. 또한 뜨거운 공기와 혼합함으로써 이산화탄소 가스도 가열되어 환경에서 더 많은 수증기를 응축하는 능력을 감소시킵니다. 반면에 온도가 올라가면 미스트 속의 작은 물방울이 다시 증발하여 눈에 보이지 않는 수증기로 돌아갑니다.
몇 가지 중요한 보안 조치
드라이아이스는 이산화탄소가 화학적으로 상당히 불활성인 물질이기 때문에 특별히 위험하지 않습니다. 그러나 다음 두 가지 이유로 위험을 나타낼 수 있습니다.
- 드라이아이스는 매우 차갑습니다. 사실, 우리가 익숙했던 대부분의 차가운 것보다 훨씬 더 차갑습니다. 가정용 냉동고는 기껏해야 -20 °C까지, 드라이아이스는 -78.5 °C까지 냉각됩니다. 즉, 드라이아이스는 물의 어는점보다 훨씬 낮기 때문에 맨손으로 만지면 피부에 동상과 동상을 일으킬 수 있다.
- 공기로 빠르게 승화함으로써 드라이아이스는 특히 지면에서 상당한 양의 이산화탄소 가스 흐름을 생성하여 공기를 대체할 수 있습니다. 이러한 이유로 열린 드라이아이스 샘플 근처 바닥에 눕는 것은 질식을 유발할 수 있습니다.
이 두 가지 이유로 우리는 차가운 화상을 피하기 위해 항상 적절한 장갑을 사용하여 드라이아이스를 다루어야 합니다. 또한, 실내에서는 누군가가 잠들 가능성이 있는 실내에서 드라이아이스 안개가 발생하지 않도록 주의해야 합니다. 산소 부족으로 인한 질식은 치명적일 수 있기 때문입니다. 일반적으로 통풍이 잘 되는 곳에서 작업하는 것만으로도 심각한 사고를 예방할 수 있습니다.
드라이아이스 없는 안개
드라이아이스 안개와 동일한 원리로 작업하면 일반 얼음을 사용하여 안개를 생성할 수 있지만 그 효과는 훨씬 덜 장관이며 안개는 거의 보이지 않습니다. 뜨거운 물 위의 거름망에 얼음 조각을 넣으면 얼음 조각의 차가움이 증기를 응축하여 얼음 조각에서 볼 수 있는 얇은 안개를 형성합니다.
드라이아이스의 효과가 더 극적인 이유는 매우 빠르게 승화하여 수증기를 응결시켜 운반하는 차가운 기체의 흐름을 생성하기 때문입니다. 반대로 일반 얼음은 승화하지 않기 때문에 드라이아이스와 같은 드래그 전류를 생성하지 않습니다. 또한 녹기 시작하면 -78.5°C가 아닌 0°C에 불과하므로 일반 얼음 주변의 공기는 드라이아이스 주변의 공기만큼 차가워지지 않아 안개를 형성할 수 있는 증기의 양이 제한됩니다.
참조
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