APP下载

玩转干冰

2023-01-11张军

科学大众(中学) 2022年12期
关键词:干冰升华水蒸气

张军

在餐馆享用三文鱼、贝类或者龙虾,有时刚端上来的菜盘周围会云雾缭绕,搭配上美食,视觉冲击力很强。往菜盘里看,除了食物,你还会看到一种白色的固体,这就是干冰。干冰其实不是“冰”,而是固态的二氧化碳,它的应用范围非常广泛。如果身边有干冰,我们可以用它做很多实验。

首先不要被干冰冻伤

干冰的温度本身就很低,它还很容易升华为二氧化碳气体,这个过程会吸收大量的热。因此,干冰可以用来降温,或者急速冷冻物体。肢体直接与干冰接触超过1秒钟,就可能被冻伤。如果不慎吞食,会有性命之忧。事实上,医院就常用干冰来冷冻治疗病毒疣,通过低温使组织坏死。

那么,我们应该怎样取用干冰呢?取用干冰时,可以用木筷子夹,或者用勺子舀,一定不要用手直接去拿(图1)。

用干冰来“造雨”

干冰周围总是雾气腾腾的,这些雾是空气中的水蒸气液化形成的。干冰的迅速升华会从周围吸收大量的热,导致周围温度下降;空气中的水蒸气放热,发生液化,形成雾。夏天,清晨草叶上的露珠,也是空气中的水蒸气液化形成的。冬天,房间窗户玻璃内表面会出现水雾,或者我们从户外走进屋里,眼镜片上会出现一层水雾,都是液化现象。淋浴时,镜面上会出现水雾;寒冷天气里跑步,鼻子、嘴巴、头顶会冒“白气”,这些也都是液化现象。

舞台上,有时需要雾的效果来渲染气氛,就可以在舞台上放置一些干冰。温度差大一些,水蒸气含量多一些,液化现象会更明显。将干冰投入热水中,会发现雾量明显增多(图2)。

干冰还可以用于人工降雨。撒播在云层中的干冰升华吸热,导致水蒸气过饱和,在云层中形成大量小冰晶、小水滴。隨着小冰晶的增多、小水滴的增大,空气浮力无法再“承受重托”,冰晶和水滴就会向下掉落,形成雨。小冰晶在下落过程中会变成水,增加雨量。

利用干冰和简单的材料,我们就可以动手制造一场“小雨”。将水烧开,在锅口上方放一个金属盒,上升的水蒸气遇到冷的金属盒底部,会放热液化,产生小水滴。在金属盒里放一些干冰,液化更容易发生。金属盒底部的水滴越聚越多,就会滴落下来,下一场“小雨”(图3)。

观察6种物态变化

将干冰放入金属容器中,随着金属温度的下降,容器壁上会出现水珠,这是空气中水蒸气液化形成的。容器壁上还会出现霜,这是空气中的水蒸气凝华形成的(图4)。当容器中的干冰升华完,金属温度会上升,霜就慢慢消失了。温度低于0℃时,霜直接升华为水蒸气;温度达到0℃后,继续吸热,霜就会熔化为水(图5)。如果干冰量足够,容器壁上的水珠温度降低到0℃后还能放热,就会凝固为冰。当然,水珠还会通过蒸发的方式变成水蒸气扩散到空气中,实现汽化。这样,熔化和凝固、汽化和液化、凝华和升华等6种物态变化就都出现了。

比较材料的导热性能

找几根长度相同的木棒、金属棒、塑料棒、玻璃棒等,把它们的一端插入干冰中的相同深度(图6)。用手不时触碰棒的另一端,感受它们的温度下降。相同时间内,温度降得最多的棒,导热性能最好;当然,温度降得最少的棒,隔热性能最好。

隔热材料和导热材料在生产、生活中各有所用。棉花、羊毛、羽绒等都是好的隔热材料,冬天我们穿上棉袄、羊毛衫、羽绒服来保暖,就是因为身体的热不容易通过它们散失到空气中。泡沫也是良好的隔热材料,所以运装干冰时往往用泡沫箱。

用干冰来灭火

二氧化碳气体的密度比空气大,可以像水一样从一个容器倒入另一个容器。将干冰放入饮料瓶中,不长时间就会收集到一瓶二氧化碳气体。将划着的火柴插入瓶口,如果火焰立刻熄灭,说明二氧化碳气体收集满了。将瓶口倾斜向下,往蜡烛火焰上倾倒二氧化碳气体,蜡烛火焰立马熄灭(图7)。低温冷却燃料、隔绝氧气也是森林灭火的常用方法。

如果将蜡烛固定在金属容器中点燃,在周围放上干冰,也能将火焰熄灭。由干冰升华而来的二氧化碳气体在容器里慢慢上升,会将烛芯淹没。

黄毛鼠等害鼠会危害水稻、小麦、玉米等农作物的整个生长过程,人们常用布置鼠夹、投放毒饵等方法来消灭它们。其实,人们也可以利用干冰来达到同样目的。如果发现了鼠洞,可以往洞里投放干冰,然后立刻封住出口。干冰升华,导致洞内二氧化碳气体的浓度逐渐增大,害鼠会迅速失去意识,在低痛苦状态下实现“安乐死”。

禁止将干冰放入密闭容器

干冰升华为二氧化碳气体后,体积会扩大近千倍,产生高压。如果将干冰密封在玻璃瓶中,高压会让玻璃瓶爆炸,四散的玻璃碎片会对人体造成伤害。即便是装在密闭的塑料瓶内,爆炸也会产生巨大响声和冲击波。

2020年8月11日上午,一位乘客携带干冰乘坐上海地铁,泡沫箱碎裂发出异样响声,幸好未造成人员受伤。事后,警方对该乘客进行了教育。南京也曾发生过市民将冰淇淋月饼与装干冰的塑料瓶放入冰箱,导致冰箱被炸的事件。2013年,美国洛杉矶机场还发生过干冰爆炸事件。

生活中,冷藏保存食品时常会用到干冰,同学们千万不可因好奇、感觉好玩而把它当玩具,更不可将它装入密闭容器中,以免造成严重后果。

猜你喜欢

干冰升华水蒸气
藏在空气里的水蒸气
贪吃蛇升华记
变幻莫测的干冰
围冰
胡娟:奉献也是自我升华
水蒸气变戏法
如果将干冰溶化,能在里面游泳吗?
教育下一代 升华老一代
关心下一代 升华老一代
干冰的秘密