玩转干冰_参考网

玩转干冰

2023-01-15南京市玄武高级中学张军

科学大众 2022年24期

□文/南京市玄武高级中学张军

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）。

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）。

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。随着小冰晶的增多、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）。

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。

图4

图5

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。

图6

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”。