วิทยาศาสตร์ชั้นม.1(ครูปู)

คำอธิบายชั้นเรียน

  น้ำแข็งแห้ง

http://school.obec.go.th/bmc_poonsri/page6_flies/040150_1_6.jpgน้ำแข็งแห้งคืออะไร ?
                น้ำแข็งแห้ง หรือ  dry ice ก็คือคาร์บอนไดออกไซด์ในสถานะของแข็ง เรียกอีกชื่อหนึ่งว่าคาร์บอนไดออกไซด์แข็ง ซึ่งจะเห็นว่าปัจจุบันนี้มีการนำน้ำแข็งแห้งไปใช้ประโยชน์ในกิจการด้านต่างๆ มากมาย ที่เห็นกันได้ชัดๆหรือใกล้ตัวเราก็คือ การนำน้ำแข็งแห้งมาแช่ปลาให้คงความสด แช่ไอครีมเพื่อให้เย็นและแข็งน่ารับประทาน และใช้ในการทำหมอก ควัน ในคอนเสริตร์หรือการแสดงต่างๆ

                 น้ำแข็งแห้งผลิตขึ้นได้อย่างไร

                น้ำแข็งแห้งเตรียมได้จากการนำก๊าซคาร์บอนไดอ๊อกไซด์มาผ่านกระบวนการอัดซึ่งก็คือการเพิ่มความดันนั่นเอง และทำให้เย็นลงภายใต้ความดันสูง ซึ่งสภาวะดังกล่าวจะทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กลายเป็นคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ที่มีสถานะเป็นของเหลว ซึ่งคาร์บอนไดออกไซด์เหลวนี้เมื่อทำให้บริสุทธิ์และปราศจากความชื้นด้วยวิธีที่เหมาะสมแล้ว นำมาเพิ่มความดันและลดอุณหภูมิอีกครั้งหนึ่ง จนมีความดันประมาณ 18 บรรยากาศ และมีอุณหภูมิประมาณ – 25  จากนั้นอัดคาร์บอดนไดออกไซด์เหลวที่ได้นี้ผ่านรูพรุน หรือนำไปลดความดันลงอย่างรวดเร็วที่มีลักษณะคล้ายเกล็ดน้ำแข็ง จากนั้นเกล็ดของคาร์บอนไดออกไซด์มาอัดให้เป็นก้อนหรือเป็นรูปแบบและขนาดต่างๆตามวัตถุประสงค์ของการนำไปใช้ ซึ่งมีทั้งรูปแบบเป็นก้อน  ( block ) ขนาด 0.5 ถึง 15 กิโลกรัมหรืออัดเป็นแผ่น  ( slice ) ขนาดตั้งแต่05. ถึง 1 กิโลกรัม หรือเป็นแท่ง ( pellet ) ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 3 มิลลิเมตร 9 มิลลิเมตร และ 15 มิลลิเมตร ซึ่งคาร์บอนไดออกไซด์ที่ได้ใน
ขั้นตอนนี้เรียกว่า น้ำแข็งแห้ง นั่นเอง

 น้ำแข็งแห้งเหมือนหรือแตกต่างจากน้ำแข็งธรรมดาทั่วไปอย่างไร

                น้ำแข็งแห้งมีความคล้ายกับน้ำแข็งทั่วไปคือ เป็นของแข็ง ไม่มีสี และเป็นตัวที่ทำให้เกิดความเย็นได้แต่น้ำแข็งแห้งแตกต่างๆจากน้ำแข็งธรรมดาทั่วไปคือ

1.     อุณหภูมิ  น้ำแข็งแห้งมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่าน้ำแข็งธรรมดามาก ซึ่งเย็นจัดถึง  -79 ในขณะที่น้ำแข็งธรรมดาทั่วไปมีอุณหภูมิประมาณ  0

2.     การเปลี่ยนสถานะ เมื่อเอาน้ำแข็งแห้งและน้ำแข็งธรรมดามาวางไว้ที่อุณหภูมิห้อง ( ประมาณ 25- 30 ) พบว่าที่อุณหภูมิห้องน้ำแข็งจะระเหิดกลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยที่ไม่มีการหลอมละลายเป็นของเหลว ในขณะที่น้ำแข็งธรรมดาทั่วไปจะละลายเป็นน้ำ ซึ่งก็คือเกิดหลอมกลายเป็นของเหลวนั่นเอง จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมเราจึงเรียกว่า “ น้ำแข็งแห้ง “

3.     ความเย็น  น้ำแข็งแห้งจะให้ความเย็นมากกว่าน้ำแข็งธรรมดาทั่วไปถึง 2 หรือ 3 เท่าเมื่อเทียบโดยน้ำหนักหรือปริมาตรที่เท่ากันกับน้ำแข็งธรรมดา

ประโยชน์ของน้ำแข็งแห้ง

 จากคุณสมบัติของน้ำแข็งแห้งที่มีอุณหภูมิเย็นจัดถึง  -79  และไม่เกิดการหลอมเหลวจึงทำให้มีการนำน้ำแข็งมาใช้ประโยชน์หลายๆด้าน โดยเฉพาะด้านอุตสาหกรรมที่ต้องการอุณหภูมิต่ำ เช่น

                 :  ในอุตสาหกรรมอาหาร เป็นการถนอมอาหารในขั้นตอนการผลิตและการขนส่งตัวอย่างเช่น ใช้ในการแช่เข็งปลา หรือเนื้อสัตว์อื่นๆ ใช้ในการแช่แข็งไอศกรีม นม เบเกอรี่ ไส้กรอก ใช้ในการแช่แข็งผักและผลไม้ เพื่อให้มีความสดเป็นระยะเวลานานๆ หรือเพื่อยืดอายุสินค้า นอกจากนี้ยังใช้เพื่อการเก็บอาหารสำหรับเสิร์ฟบนเครื่องบินอีกด้วย ซึ่งน้ำแข็งแห้งจะรักษาความสดได้ดี และไม่มีการหลอมเหลวเป็นน้ำที่เปียกแฉะเหมือนน้ำแข็งทั่วไปด้วย

                :  ด้านการแพทย์ ใช้ในการรักษาสภาพของซากสัตว์ หรือศพของมนุษย์จากเหตุการณ์คลื่นยักษ์ภาคใต้ เพื่อช่วยให้ศพคงสภาพได้นานที่สุด หรือเพื่อป้องกันการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์ต่าง ๆ

                :  ใช้ในการขนส่งเวชภัณฑ์ต่างๆเช่น ยา หรือสารเคมีบางชนิด

                :  ใช้ในอุตสาหกรรมด้านการทำความสะอาดเครื่องจักร แบบหล่อ หรือแม่พิมพ์

                :  ใช้ในการบดเย็นวัสดุเคราะห์ที่แตกยาก เนื่องจากที่อุณหภูมิต่ำมากๆจะทำให้วัสดุเกิดการแข็งและกรอบมากขึ้น ทำให้บดได้ง่ายขึ้น เหมาะสำหรับการจัดวัสดุสังเคราะห์

                :  ใช้ในการทำหมอก ควัน ในคอนเสิร์ตการถ่ายทำภาพยนตร์หรือการแสดงต่าง ๆ

                :  ใช้ผสมในเครื่องดื่มเพื่อให้เกิดฟองปุดและให้เกิดความเย็น ( ขั้นตอนเลี้ยงให้อ้วน แลขั้นโจมตีเมฆอุ่นด้วยสารเคมีสูตรเย็นจัดที่อุณหภูมิ -78 องศาเซส จะทำให้อุณภูมิของมวลอากาศใต้ฐานเมฆลดลง และความชื้นสัมพัทธ์สูงขึ้น จะยิ่งทำให้ฐานเมฆลดระดับลง ปริมาณฝนก็จะหนาแน่นขึ้น )

                :  นอกจากนี้ ตัวก๊าซ  CO2 เองก็ใช้ในอุตสาหกรรมน้ำอัดลมและเครื่องดื่มอีกด้วย

เกร็ดนอกเรื่อง  (คาร์บอนไดออกไซด์เหลว )http://school.obec.go.th/bmc_poonsri/page6_flies/DryIce.jpg

                ประโยชน์อีกด้านหนึ่งของคาร์บอนไดออกไซด์  ( ที่ไม่ได้อยู่ในรุปของน้ำแข็งแห้งแล้ว ) ซึ่งมักจะไม่ค่อยได้ยินกันมากนักก็คือ สามารถนำไปใช้ในกระบวนการสกัดได้ เช่นการสกัดคาเฟอีนนอกจากเมล็ดกาแฟ เพื่อผลิตกาแฟไร้คาเฟอีน ซึ่งการสกัดนั้นไม่ได้ใช้น้ำแข็งแห้งโดยตรง แต่เป็นการสกัดสารด้วยคาร์บอนไดออไซด์ที่อยู่ในรูปของ “ ของไหลยิ่งยวด “ หรือเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า “ super fluid  ซึ่งก็คือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เราเพิ่มความดันและอุณหภูมิจนถึงงจุด หนึ่งที่ทำให้คาร์บอนได-ออกไซด์ในรูปของก๊าซและเหลวไม่มีความแตกต่างกัน เราเรียกจุดดังกล่าวนี้ว่า จุดวิกฤติ ซึ่ง ณ จุดที่เหนือจุดวิกฤตินี้คาร์บอนไดออกไซด์จะเป็นของไหลยิ่งยวด นั้นคือ ไม่แสดงลักษณะที่เด่นชัดว่าเป็นก๊าซหรือของเหลว แต่จะมีลักษณะและสมบัติทางกายภาพผสมกันระหว่างสถานะก๊าซกับสถานะของเหลว เช่น ฟุ้งกระจายได้เหมือนก๊าซ แต่มีความหนาแน่นมากกว่าก๊าซทั่วไป และสามารถทำสารละลายอื่นได้เหมือนของเหลว จากสมบัติข้อนี้ จึงสามารถนำไปใช้ในสารสกัดต่างๆ ออกจากกันได้ โดยมันจะไปละลายสารที่เราต้องการสกัดออกมา  ซึ่งถ้าเราใช้การสกัดคาเฟอีนจากเมล็ดกาแฟ ก็จะมีคาแฟอีนเป็นส่วนใหญ่ที่ละลายออกมาทำให้สมบัติอื่นๆเช่น สี  กลิ่น หรือรสของกาแฟยังคงเดิม

น้ำแข็งแห้งมีอันตรายมากน้อยแค่ไหน

                ถีงแม้น้ำแข็งแห้งมีประโยชน์นานับปการ หากการใช้โดยขาดความระมัดระวังหรือรู้เท่าไม่ถึงการณ์ก็อาจก่อให้เกิดโทษได้เช่นกัน ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นได้จากน้ำแข็ง ได้แก่

  1. จากการสัมผัส : หากจับต้องน้ำแข้.แห้งด้วยมือเปล่าหรือสัมผัสกับผิวหนังโดยตรงก็จะทำให้ผิวหนังไหม้ได้จากความเย็นจัด  
    ( frost – bite ) ได้น้ำแข็งถือว่าเป็นวัตถุอันตรายชนิดหนึ่ง
  2. จากการะเบิด : ซึ่งเกิดจากการบรรจุน้ำแข็งแห้งในภาชนะปิดสนิทไม่มีช่องระบายอาจทำให้เกิด การสะสมของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ระเหิดออกมา เมือถึงระดับหนึ่งจะเกิดแรงดันและระเบิดในที่สุด ดังนั้นในการขนส่งน้ำแข็งแห้งปริมาณมากๆ จะต้องเก็บในภาชนะบรรจุน้ำแข็งโดยเฉพาะที่มีช่องระบายอากาศ นอกจากจะเป็นการป้องกันการระเบิดแล้วยังช่วยลดอัตราการระเหิดของน้ำแข็งได้
  3. การเก็บน้ำแข็งแห้งปริมาณมากๆในห้องแคบๆ หรือห้องเพดานต่ำที่การระบายอากาศไม่ดีพอ : คาร์บอนไดออกไซด์ที่ระเหิดออกมาแทนที่ออกซิเจนที่ทำให้ขาดอากาศหายใจได้ ดังนั้นห้องที่ใช้หรือเก็บรักษาน้ำแข็งแห้งหรือห้องคอนเสิร์ตที่ต้องใช้น้ำแข็งแห้งในปริมาณมากๆ จึงควรที่จะจัดให้มีการระบายอากาศอย่างเพียงพอ โดยปกติก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะหนักว่าอากาศจึงมักจะลอยอยู่ในระดับต่ำ ดังนั้นการระบายอากาศที่ดีจึงควรมีการระบายอากาศทางด้านล่าง   อากาศปกติ จะประกอบด้วยก๊าซไนโตรเจน 78 % ก๊าซออกซิเจน 21 % และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 0.035 % ถ้าในอากาศมีประมาณคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่า 5 % จะทำให้เกิดพิษได้

จะเห็นได้ว่าในการใช้น้ำแข็งแห้งในปริมาณมากกว่าส่วนใหญ่จะนำไปใช้ในทางอุตสาหกรรม ผู้บริโภคโดยทั่วไปอาจมีโอกาสสัมผัสน้ำแข็งแห้งได้จากการนำหน่ายไอครีม น้ำแข็งแห้งที่แช่มากับอาหารหรือไอศกรีม ซึ่งเป็นปริมาณที่น้อยเมื่อเทียบกับการใช้ในภาคอุตสาหกรรม แต่อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ต้องพึงระวังก็คือ น้ำแข็งแห้งไม่ใช้น้ำแข็งหรือไอศกรีมห้ามบริโภคโดยเด็ดขาด อย่าหยิบจับน้ำแข็งแห้งด้วยมือเปล่าหากน้ำแข้งแห้งนั้นห่อด้วยกระดาษจะเป็นการป้องกันการสัมผัสได้อีกทางหนึ่ง หรืออาจจะสวมถุงมือที่มีความหนาพอสมควร แต่ถ้าหากเกิดอาการน้ำแข็งกัดจากการสัมผัสให้ล้างด้วยน้ำปริมาณมากๆก่อนไปพบแพทย์ ข้อพึงระวังอีกประการหนึ่งก็คือ อย่านำน้ำแข็งแห้งมาเป็นอุปกรณ์เล่นสนุก โดยเฉพาะต้องระวังในเด็กๆที่อาจรู้เท่าไม่ถึงการณ์ เช่น การบรรจุในขวดปิดสนิทซึ่งก็จะทำให้เกิดการระเบิดได้นอกจากนี้อย่านำน้ำแข็งแห้งเก็บในตู้เย็นเพราะจะทำให้ระบบทำความเย็นหยุดการทำงานได้เนื่องจากน้ำแข็งแห้งมีความเย็นมากกกว่าความเย็นในตู้เย็น

นอกจากนี้เป็นโทษกับร่างกายแล้ว ยังเป็นโทษต่อทรัพย์สินด้วย เมื่อเป็นเช่นนี้ ก่อนที่จะใช้น้ำแข็งแห้งเพื่อประโยชน์อะไรควรหยุดคิดสักนิดหนึ่ง...