当把二氧化碳饮料倒入玻璃杯时,你会发现小小的气泡从饮料表面散发到空气中(或直扑进你的鼻子)。现在想象一下这些气泡变成冰雪状的固体物,这就是干冰。
这些气泡是被困在罐子或瓶子里的碳酸气体。打开一瓶苏打水,瓶中的气体会往上冲着跑出来。一旦散逸到空气里,它们便看不见了,就像我们一直只能吸入肺里却看不见的氢气、氧气和氩气等10多种其他气体一样。
在常温和正常大气压下,二氧化碳(CO2)是气体。不过,与其他物质一样,二氧化碳也可以是液体或固体。以水为例。水在常温下是软软地可以饮用的液体,加热到100摄氏度时变为气体(蒸汽),温度下降到0摄氏度时变为固体。
二氧化碳也能够像其他物质一样以液体或固体的形式存在。不过,它还有一个不同于其他物质的特性。它并不是像水一样,从气体转化为液体再转化为固体,二氧化碳在正常气压下直接从气体转化为冰冻的固体(逆向转化也可以)。若将二氧化碳气体变成液体,需要一个大压缩仓——常温、30个大气压。许多灭火器装有液态二氧化碳,里面都有如此高的压强。
二氧化碳凝结成冰雪状固体是在-43摄氏度。我们把一块冰冻的二氧化碳固体称为“干冰”,是因为它不会融化成液体。取而代之,一股云状气体从逐渐缩小的冰块上升起,并慢慢地消散到空气中。这一过程的科学术语是“升华”。
为了制作干冰,制造商们先将温度降到零下22摄氏度或更低,同时把二氧化碳压缩成液体放入容器中。然后打开容器放出液态二氧化碳。快速膨胀和迅速蒸发的液体冷却了容器中的一部分二氧化碳,将其转化为冰雪状固态物。这个冰雪状固态物,在喷雾灭火器的喷嘴上也会形成。
二氧化碳固体被压缩成一块块的干冰。人们将这些干冰和制冷剂一起出售,以保证它在运输的过程中维持坚硬的冰冻状态。干冰必须用钳子和绝缘手套来拿,不然碰触干冰的皮肤会被粘在上面。
既然随着温度的升高,二氧化碳直接从固体转化为气体,那么它就不能放在普通的密封容器中。否则,里面的液体膨胀,容器将会爆炸,而且爆炸声是震耳欲聋的。
这个能够让我们做一个古老的宴会小魔术(或科学实验):把干冰放到气球中,牢牢地系紧气球口,然后将其扔到游泳池里。干冰的重量带着气球下沉消失在泳池中,而干冰受热转化为气体后,会使气球迅速飘回池面,然后砰的一声,在水里发出让人一惊的爆炸声。