玩轉(zhuǎn)干冰

張軍

在餐館享用三文魚、貝類或者龍蝦，有時(shí)剛端上來的菜盤周圍會(huì)云霧繚繞，搭配上美食，視覺沖擊力很強(qiáng)。往菜盤里看，除了食物，你還會(huì)看到一種白色的固體，這就是干冰。干冰其實(shí)不是“冰”，而是固態(tài)的二氧化碳，它的應(yīng)用范圍非常廣泛。如果身邊有干冰，我們可以用它做很多實(shí)驗(yàn)。

首先不要被干冰凍傷

干冰的溫度本身就很低，它還很容易升華為二氧化碳?xì)怏w，這個(gè)過程會(huì)吸收大量的熱。因此，干冰可以用來降溫，或者急速冷凍物體。肢體直接與干冰接觸超過1秒鐘，就可能被凍傷。如果不慎吞食，會(huì)有性命之憂。事實(shí)上，醫(yī)院就常用干冰來冷凍治療病毒疣，通過低溫使組織壞死。

那么，我們應(yīng)該怎樣取用干冰呢？取用干冰時(shí)，可以用木筷子夾，或者用勺子舀，一定不要用手直接去拿（圖1）。

用干冰來“造雨”

干冰周圍總是霧氣騰騰的，這些霧是空氣中的水蒸氣液化形成的。干冰的迅速升華會(huì)從周圍吸收大量的熱，導(dǎo)致周圍溫度下降；空氣中的水蒸氣放熱，發(fā)生液化，形成霧。夏天，清晨草葉上的露珠，也是空氣中的水蒸氣液化形成的。冬天，房間窗戶玻璃內(nèi)表面會(huì)出現(xiàn)水霧，或者我們從戶外走進(jìn)屋里，眼鏡片上會(huì)出現(xiàn)一層水霧，都是液化現(xiàn)象。淋浴時(shí)，鏡面上會(huì)出現(xiàn)水霧；寒冷天氣里跑步，鼻子、嘴巴、頭頂會(huì)冒“白氣”，這些也都是液化現(xiàn)象。

舞臺(tái)上，有時(shí)需要霧的效果來渲染氣氛，就可以在舞臺(tái)上放置一些干冰。溫度差大一些，水蒸氣含量多一些，液化現(xiàn)象會(huì)更明顯。將干冰投入熱水中，會(huì)發(fā)現(xiàn)霧量明顯增多（圖2）。

干冰還可以用于人工降雨。撒播在云層中的干冰升華吸熱，導(dǎo)致水蒸氣過飽和，在云層中形成大量小冰晶、小水滴。隨著小冰晶的增多、小水滴的增大，空氣浮力無法再“承受重托”，冰晶和水滴就會(huì)向下掉落，形成雨。小冰晶在下落過程中會(huì)變成水，增加雨量。

利用干冰和簡單的材料，我們就可以動(dòng)手制造一場“小雨”。將水燒開，在鍋口上方放一個(gè)金屬盒，上升的水蒸氣遇到冷的金屬盒底部，會(huì)放熱液化，產(chǎn)生小水滴。在金屬盒里放一些干冰，液化更容易發(fā)生。金屬盒底部的水滴越聚越多，就會(huì)滴落下來，下一場“小雨”（圖3）。

觀察6種物態(tài)變化

將干冰放入金屬容器中，隨著金屬溫度的下降，容器壁上會(huì)出現(xiàn)水珠，這是空氣中水蒸氣液化形成的。容器壁上還會(huì)出現(xiàn)霜，這是空氣中的水蒸氣凝華形成的（圖4）。當(dāng)容器中的干冰升華完，金屬溫度會(huì)上升，霜就慢慢消失了。溫度低于0℃時(shí)，霜直接升華為水蒸氣；溫度達(dá)到0℃后，繼續(xù)吸熱，霜就會(huì)熔化為水（圖5）。如果干冰量足夠，容器壁上的水珠溫度降低到0℃后還能放熱，就會(huì)凝固為冰。當(dāng)然，水珠還會(huì)通過蒸發(fā)的方式變成水蒸氣擴(kuò)散到空氣中，實(shí)現(xiàn)汽化。這樣，熔化和凝固、汽化和液化、凝華和升華等6種物態(tài)變化就都出現(xiàn)了。

比較材料的導(dǎo)熱性能

找?guī)赘L度相同的木棒、金屬棒、塑料棒、玻璃棒等，把它們的一端插入干冰中的相同深度（圖6）。用手不時(shí)觸碰棒的另一端，感受它們的溫度下降。相同時(shí)間內(nèi)，溫度降得最多的棒，導(dǎo)熱性能最好；當(dāng)然，溫度降得最少的棒，隔熱性能最好。

隔熱材料和導(dǎo)熱材料在生產(chǎn)、生活中各有所用。棉花、羊毛、羽絨等都是好的隔熱材料，冬天我們穿上棉襖、羊毛衫、羽絨服來保暖，就是因?yàn)樯眢w的熱不容易通過它們散失到空氣中。泡沫也是良好的隔熱材料，所以運(yùn)裝干冰時(shí)往往用泡沫箱。

用干冰來滅火

二氧化碳?xì)怏w的密度比空氣大，可以像水一樣從一個(gè)容器倒入另一個(gè)容器。將干冰放入飲料瓶中，不長時(shí)間就會(huì)收集到一瓶二氧化碳?xì)怏w。將劃著的火柴插入瓶口，如果火焰立刻熄滅，說明二氧化碳?xì)怏w收集滿了。將瓶口傾斜向下，往蠟燭火焰上傾倒二氧化碳?xì)怏w，蠟燭火焰立馬熄滅（圖7）。低溫冷卻燃料、隔絕氧氣也是森林滅火的常用方法。

如果將蠟燭固定在金屬容器中點(diǎn)燃，在周圍放上干冰，也能將火焰熄滅。由干冰升華而來的二氧化碳?xì)怏w在容器里慢慢上升，會(huì)將燭芯淹沒。

黃毛鼠等害鼠會(huì)危害水稻、小麥、玉米等農(nóng)作物的整個(gè)生長過程，人們常用布置鼠夾、投放毒餌等方法來消滅它們。其實(shí)，人們也可以利用干冰來達(dá)到同樣目的。如果發(fā)現(xiàn)了鼠洞，可以往洞里投放干冰，然后立刻封住出口。干冰升華，導(dǎo)致洞內(nèi)二氧化碳?xì)怏w的濃度逐漸增大，害鼠會(huì)迅速失去意識，在低痛苦狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)“安樂死”。

禁止將干冰放入密閉容器

干冰升華為二氧化碳?xì)怏w后，體積會(huì)擴(kuò)大近千倍，產(chǎn)生高壓。如果將干冰密封在玻璃瓶中，高壓會(huì)讓玻璃瓶爆炸，四散的玻璃碎片會(huì)對人體造成傷害。即便是裝在密閉的塑料瓶內(nèi)，爆炸也會(huì)產(chǎn)生巨大響聲和沖擊波。

2020年8月11日上午，一位乘客攜帶干冰乘坐上海地鐵，泡沫箱碎裂發(fā)出異樣響聲，幸好未造成人員受傷。事后，警方對該乘客進(jìn)行了教育。南京也曾發(fā)生過市民將冰淇淋月餅與裝干冰的塑料瓶放入冰箱，導(dǎo)致冰箱被炸的事件。2013年，美國洛杉磯機(jī)場還發(fā)生過干冰爆炸事件。

生活中，冷藏保存食品時(shí)常會(huì)用到干冰，同學(xué)們千萬不可因好奇、感覺好玩而把它當(dāng)玩具，更不可將它裝入密閉容器中，以免造成嚴(yán)重后果。