Tabla de Contenidos
น้ำแข็งแห้งที่เรารู้จักกันนั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในสถานะของแข็ง นี่คือสารประกอบที่พบได้ทั่วไปซึ่งมีลักษณะเฉพาะที่สามารถเปลี่ยนจากสถานะของแข็งไปเป็นสถานะก๊าซได้โดยไม่ต้องผ่านสถานะของเหลวก่อน ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการระเหิด
ที่ความดัน 1 atm จุดระเหิดของคาร์บอนไดออกไซด์คือ -78.5°C ซึ่งเป็นสาเหตุที่ก้อนน้ำแข็งแห้งที่สัมผัสกับอากาศในชั้นบรรยากาศจะอุ่นขึ้นเองถึง -78.5°C และจากนั้นจะเริ่มระเหิด โดยอยู่ที่อุณหภูมินั้นจนกว่าจะระเหย อย่างสมบูรณ์. ข้อเท็จจริงที่ว่าน้ำแข็งแห้งถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำและถูกบริโภคโดยไม่เปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวนั้นเป็นสิ่งที่พิสูจน์ได้อย่างชัดเจนถึงชื่อน้ำแข็งแห้งสำหรับคาร์บอนไดออกไซด์รูปแบบนี้
คุณสมบัติเดียวกันนี้ยังเป็นสิ่งที่ทำให้มีประโยชน์อย่างยิ่งในฐานะสารทำความเย็นแบบพกพาที่ง่ายต่อการจัดการและเป็นแหล่งกำเนิดของก๊าซเย็นที่ใช้เพื่อสร้าง “ควันปลอม” หรือหมอกน้ำแข็งแห้ง
คุณจะได้หมอกหรือควันจากน้ำแข็งแห้งได้อย่างไร?
การสร้างหมอกน้ำแข็งแห้งทำได้ง่ายมาก สิ่งที่ต้องมีคือน้ำร้อนและน้ำแข็งแห้ง ขั้นตอนมีสามขั้นตอน:
- ต้มน้ำให้เดือดแล้วเติมลงในภาชนะเก็บความร้อน เช่น โฟมหรือโฟมโพลีสไตรีน (EPS) กระติกน้ำร้อนแบบเปิดหรือบีกเกอร์ Dewar (สามารถหาได้จากห้องปฏิบัติการบางแห่ง)
- เติมน้ำแข็งแห้งหนึ่งก้อนลงในน้ำเดือด. ควรใช้บล็อกขนาดเล็กพอที่จะใส่ในภาชนะที่ใส่น้ำร้อน แต่ไม่เล็กเกินไปเพื่อป้องกันไม่ให้ระเหยเร็วเกินไป หมอกหนาจะเริ่มก่อตัวขึ้นทันที ล้นภาชนะออกไปด้านข้างและไหลลงสู่พื้น
- หากคุณต้องการให้หมอกลอยขึ้นและปกคลุมพื้นที่มากขึ้น คุณสามารถใช้พัดลมเพื่อเคลื่อนอากาศได้
เมื่อเวลาผ่านไปน้ำร้อนจะเย็นลงเนื่องจากน้ำแข็งแห้งมีอุณหภูมิต่ำ สิ่งนี้จะค่อยๆลดปริมาณหมอกที่ผลิต นอกจากนี้ หมอกยังมีแนวโน้มจะสลายตัวเมื่อคาร์บอนไดออกไซด์เย็นรวมตัวกับอากาศอุ่นโดยรอบ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะลดผลกระทบจากควันหรือหมอกด้วย
กระบวนการทำสีควันน้ำแข็งแห้ง
ในหลาย ๆ การใช้งาน เป็นที่พึงปรารถนาที่จะสร้างควันหรือหมอกที่มีสีต่างกัน ไม่สามารถทำได้โดยตรงในหมอกเนื่องจากหมอกสามารถทำให้เป็นสีขาวได้จากสองส่วนผสมที่ใช้เท่านั้น อย่างไรก็ตาม ละอองสีขาวสามารถทำให้เกิดสีได้โดยการฉายแสงสีลงไป
เนื่องจากเป็นสีขาว หมอกจึงมีความสามารถในการสะท้อนแสงที่มองเห็นได้ทุกสี ด้วยเหตุนี้ หากเราส่องหมอกสีขาวด้วยแสงสีน้ำเงิน มันจะสะท้อนแสงสีน้ำเงิน เราจึงมองเห็นเป็นสีน้ำเงิน สิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นกับแสงสีอื่นๆ ที่เราใช้
หมอกน้ำแข็งแห้งทำงานอย่างไร?
ข้อผิดพลาดทั่วไปในการอธิบายการก่อตัวของหมอกน้ำแข็งแห้งคือการสันนิษฐานว่าหมอกที่เราเห็นนั้นเกิดจากคาร์บอนไดออกไซด์จริงๆ ท้ายที่สุด น้ำแข็งแห้งทำมาจากคาร์บอนไดออกไซด์แข็ง และสารประกอบนั้นจะถูกปล่อยออกมาในรูปของก๊าซโดยกระบวนการระเหิด จริงไหม?
นี่เป็นความจริงอย่างสมบูรณ์ ปัญหาคือคาร์บอนไดออกไซด์เป็นก๊าซไม่มีสี เราจึงมองไม่เห็น ซึ่งหมายความว่าสีขาวของหมอกไม่ได้มาจากน้ำแข็งแห้ง เลยต้องเป็นอย่างอื่น
เมื่อวิเคราะห์องค์ประกอบที่สองของเครื่องสร้างควันปลอมขนาดเล็กของเรา เราอาจเข้าใจผิดครั้งที่สองและคิดว่าหมอกคือไอน้ำจริงๆ อย่างไรก็ตามไอน้ำก็เหมือนกับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์: น้ำก๊าซก็มองไม่เห็นเช่นกัน
แล้วเราเห็นอะไรจริงๆ?
หมอกก็เหมือนกับเมฆ แท้จริงแล้วเกิดจากการควบแน่นของหยดน้ำของเหลวเล็กๆ นับล้านๆ หยดที่เบาจนสามารถลอยอยู่ในอากาศได้ชั่วระยะเวลาหนึ่ง หยดน้ำขนาดเล็กเหล่านี้เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำจากน้ำร้อนเมื่อสัมผัสกับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เย็น (ที่อุณหภูมิ 78.5 °C ต่ำกว่าศูนย์) ซึ่งถูกปล่อยออกมาโดยการระเหิดของน้ำแข็งแห้ง
การระเหิดนี้จะเร่งขึ้นมากเมื่อน้ำแข็งแห้งสัมผัสกับน้ำร้อน ซึ่งจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมากที่ลากไอน้ำที่ควบแน่นเมื่อเร็วๆ นี้ เกิดเป็นหมอกที่เรามองเห็นได้
เนื่องจากทั้งคาร์บอนไดออกไซด์ที่เย็นจัดและหมอกของหยดน้ำเล็กๆ มีความหนาแน่นมากกว่าอากาศ พวกมันจึงมักจะตกลงมาและเข้าใกล้พื้นจนเกือบจะเป็นของเหลว อย่างไรก็ตาม เพียงแค่ใช้แรงลมเพียงเล็กน้อยในการยกหมอกขึ้นและกระจายออก วิธีนี้จะทำให้ระยะเวลาสั้นลง
ทำไมหมอกถึงจางหายไป?
มีสาเหตุหลายประการที่ทำให้หมอกหายไป อย่างแรกคือเมื่อหมอกกระจายตัวในอวกาศ ความเข้มข้นของอนุภาคที่ก่อตัวมันจะลดลง (มันเจือจางไปกับอากาศ) ดังนั้นมันจึงดูบางหรือบอบบางมากขึ้นเรื่อยๆ นอกจากนี้ เมื่อผสมกับอากาศร้อน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ยังร้อนขึ้น ทำให้ความสามารถในการควบแน่นของไอน้ำจากสิ่งแวดล้อมลดลง ในทางกลับกัน เมื่อความร้อนสูงขึ้น ละอองน้ำเล็กๆ ในหมอกก็จะมีแนวโน้มที่จะระเหยอีกครั้ง และเปลี่ยนกลับเป็นไอน้ำที่มองไม่เห็นด้วยตาของเรา
มาตรการรักษาความปลอดภัยที่สำคัญบางประการ
น้ำแข็งแห้งไม่เป็นอันตรายอย่างยิ่ง เนื่องจากคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารเฉื่อยทางเคมี อย่างไรก็ตาม มันสามารถแสดงความเสี่ยงได้ด้วยเหตุผลสองประการ:
- น้ำแข็งแห้งเย็นมาก ในความเป็นจริงมันเย็นกว่าของเย็นส่วนใหญ่ที่เราคุ้นเคย ตู้แช่แข็งในบ้านจะเย็นลงอย่างมากถึง -20 °C ในขณะที่น้ำแข็งแห้งอยู่ที่ -78.5 °C ซึ่งหมายความว่าน้ำแข็งแห้งอยู่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำ ดังนั้นการสัมผัสด้วยมือเปล่าอาจทำให้ผิวหนังถูกน้ำแข็งกัดและน้ำแข็งกัดได้
- โดยการระเหิดไปในอากาศอย่างรวดเร็ว น้ำแข็งแห้งสามารถสร้างกระแสก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ระดับพื้นดิน โดยแทนที่อากาศ ด้วยเหตุนี้ การนอนบนพื้นใกล้กับตัวอย่างน้ำแข็งแห้งที่เปิดอยู่อาจทำให้หายใจไม่ออกได้
ด้วยเหตุผลสองประการนี้ เราจึงต้องจัดการน้ำแข็งแห้งโดยใช้ถุงมือที่เหมาะสมเสมอเพื่อหลีกเลี่ยงการไหม้จากความเย็น นอกจากนี้ เรายังต้องระมัดระวังที่จะหลีกเลี่ยงการสร้างหมอกน้ำแข็งแห้งภายในอาคารซึ่งมีโอกาสที่คนจะหลับได้ เนื่องจากการหายใจไม่ออกจากการขาดออกซิเจนอาจถึงแก่ชีวิตได้ โดยทั่วไปแล้ว การทำงานในสถานที่ที่มีการระบายอากาศค่อนข้างดีก็เพียงพอที่จะหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุร้ายแรงได้
หมอกที่ไม่มีน้ำแข็งแห้ง
การทำงานบนหลักการเดียวกับหมอกน้ำแข็งแห้ง เราสามารถสร้างหมอกโดยใช้น้ำแข็งธรรมดา แม้ว่าเอฟเฟกต์จะดูน่าตื่นตาตื่นใจน้อยกว่ามาก และหมอกก็แทบไม่เห็น ถ้าเราวางก้อนน้ำแข็งในกระชอนเหนือน้ำร้อน ความเย็นของก้อนน้ำแข็งจะควบแน่นไอน้ำ เกิดเป็นหมอกบางๆ ที่เรามองเห็นได้บนก้อนน้ำแข็ง
เหตุผลที่ผลกระทบของน้ำแข็งแห้งนั้นน่าทึ่งกว่าเพราะมันระเหิดอย่างรวดเร็ว สร้างกระแสก๊าซเย็นที่ควบแน่นไอระเหยและพัดพาออกไป ในทางตรงกันข้าม น้ำแข็งธรรมดาไม่ระเหิด จึงไม่สร้างกระแสแดร็กแบบเดียวกับน้ำแข็งแห้ง นอกจากนี้ เมื่อเริ่มละลายจะมีอุณหภูมิเพียง 0 °C แทนที่จะเป็น -78.5 °C ดังนั้นอากาศรอบๆ น้ำแข็งปกติจึงไม่เย็นเท่ากับน้ำแข็งแห้ง ซึ่งจำกัดปริมาณไอระเหยที่กลั่นตัวเป็นหมอกได้
อ้างอิง
อควา. (2021, 10 มกราคม). วิธีทำมิสท์ทำเองง่ายๆ – Aquae Foundation มูลนิธิอควอ. https://www.fundacionaquae.org/experimento-niebla-casera/
ดูอานาไบโอเทค (2560, 21 พฤศจิกายน). เอฟเฟกต์หมอกด้วยน้ำแข็งแห้ง [วิดีโอ] ยูทูบ. https://www.youtube.com/watch?v=qqS6AGzg53k
Chang, R., Manzo, Á. ร. โลเปซ PS และเฮอร์รานซ์ ZR (2020) เคมี ( ครั้ง ที่ 10 .). การศึกษาของ McGraw-Hill
วิธีทำควันด้วยดรายไอซ์ (2562, 17 พฤศจิกายน). ป่าแฟนตาซี https://www.bosquedefantasias.com/recursos/experimentos-quimica/how-to-make-humo-hielo-seco
Gonzalez, D. (2021, 16 พฤศจิกายน). อุณหภูมิที่เหมาะสมในตู้เย็นคือเท่าไหร่ ? ยูโรนิกส์. https://www.euronics.es/blog/cual-es-la-temperatura-ideal-de-la-nevera/
แพทย์ Infrasal (น). คาร์บอนไดออกไซด์ . Infrasal.com. https://www.infrasal.com/gases/carbon-dioxide
