ドライアイスの昇華の温度・エタノールに入れた時の温度
更新日：2022年04月11日
昇華とは
ドライアイスの昇華について論じる前に、まず、「昇華」という言葉について書いておきます。「昇華」という単語自体は、高校化学などで習う単語ですので、今はあまり詳しく覚えていないという方もいることでしょう。
昇華というのは、「固体が液体状態を経ることなく、直接気体になること。また、気体が液体状態を経ることなく、直接気体になること」です。
ドライアイス(Co2)の他にも、ヨウ素、ナフタレンなどで見ることができる現象です。この現象は、フリーズドライにも応用されている現象です。
また、「昇華」という単語は化学用語としてだけでなく、心理学・倫理用語としても使われているので、興味がある方は調べてみてください。
ドライアイスの昇華の温度
さて、本題のドライアイスの昇華の温度に関してですが、いろいろな物質の状態変化は、温度を横軸、圧力を縦軸に取った状態図によって見ることができます。状態図は、各純物質ごとに測定されています。
状態図は、Yのような形をしており、一般的には昇華しないといわれるどんな物質でも気体と固体の境界線、つまり、昇華が起こる条件は必ずあります。しかし、ほとんどの物質は、自然状態では起こりにくい高温高圧状態で昇華するため、昇華しないといわれています。
ドライアイスが1気圧下において昇華する温度は-56.6度です。1気圧は1.01hPaですので、普段私たちが生活している気圧とほとんど同じです。そのため、ドライアイスは、常温常圧下に出した瞬間から昇華を始めることになります。
また、昇華の時に白煙が上がるのは、ドライアイスの昇華によって、大気中の水分が冷やされて細かい水滴となるためです。
ドライアイスをエタノールに入れたときの温度
ドライアイスを水に入れると、ぶくぶくと音を立てて激しく状態変化をするのは皆さんも知っていることでしょう。子供のころに遊んだ方も多いでしょう。
しかし、ドライアイスとエタノールの組み合わせはやったことがないという人も多いはずです。ですが、この組み合わせ、寒剤としては最強のタッグとも言えます。まず、ドライアイスもエタノールもスーパーなどで簡単に手に入れることができます。
加えて、ドライアイスとエタノールを混ぜると、-72度まで温度を下げることができます。-72度という温度は、簡単に手に入るものではなかなか作れない温度ですので、氷＆塩の組み合わせよりももっと冷やしたいという方には組み合わせです。
ただし、ドライアイスを直接触ったり、長時間この寒剤に触れ続けたりすると、低温やけどを起こす可能性がありますので、十分に注意してください。
液体窒素にドライアイスを入れたときの温度
液体窒素とは、その名の通り、窒素(N2)が液体になったもので、-196度と、ドライアイスよりもさらに低温でないと存在できない物質です。前述の通り、ドライアイスは同じ条件で-78.5度ですので、温度としてはかなり差があることがわかります。
さて、液体窒素とドライアイスを混ぜるとどうなるかの結論についてですが、調べてみてもめぼしい実験を見つけることができませんでした。これは、液体窒素が一般人にはとても入手しにくいものであるからと考えられます。
また、2つの物質を混ぜたとしても、ドライアイスの昇華は-78.5度で、液体窒素の温度は-196度ですので、液体窒素が気化してからしかドライアイスの状態変化はほとんど起こらないと考えられます。
ドライアイスの温度変化
それでは、ここでドライアイス(CO2)の温度変化について状態図を見ながら確認していきましょう。この章では、「日本冷凍空調学会」さんの状態図を参考にして説明を加えていきます。
著作権の関係で、状態図そのものを引用することはできないので、口頭での説明となります。詳しく知りたい方は、直接「日本冷凍空調学会」さんのHPを参照してください。「日本冷凍空調学会」さんのリンクについては、後述します。
状態図の見方
先ほども述べたように、状態図はYのような形をしていて、それぞれの区画によって、二酸化炭素の状態は異なります。上の区画では液体、右の区画では気体、左の区画では固体(ドライアイス)で二酸化炭素は存在します。
それぞれの境界線上の気圧・温度では、二つの状態が共存します。例えば、昇華線上の気圧・温度では、気体と固体が共存します。つまり、ドライアイスが、気化している途中の状態です。
昇華線・溶解線・沸騰線の三つの線は一店で交わり、三本が交わった点を三重点と呼びます。三重点は、気体・固体・液体の三つの状態が共存できる温度・気圧の条件です。沸騰線の三重点でない側の点を臨界点と呼び、臨界点以上の温度・気圧では物質は存在できません。
ドライアイスの気圧における温度変化
状態図を参考に、二酸化炭素(ドライアイス)の気圧における温度変化を考えてみましょう。ドライアイスが固体のまま存在できる気圧・温度の条件は、気圧・温度の条件が昇華線・溶解線より左側にある状態の時です。
状態図において、昇華線は正の傾きを持つ線(右上がりの線)となっているので、気圧が上がれば上がるほど、ドライアイスのまま存在できる温度は高くなります。例えば、大気圧の4倍(実験するとわかりますが、とてもとても高い圧力です)もの圧力をかけると、-60度で二酸化炭素は固体と気体が平衡状態となります。
平衡状態：固体から気体に昇華する物質量と、気体から固体に昇華する物質量が完全に等しい状態で、見かけ上物質には何の状態変化も起こっていないように見える状態
初回公開日：2018年02月09日
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