ドライアイスの煙が白いのはなぜ?

2018年11月5日身の回りの科学

前回、炭酸についての記事を書かせてもらいました。⇩

炭酸飲料と言えば二酸化炭素ですが、身近なもので二酸化炭素と言えば!で炭酸飲料以外にも思いつくものがあると思います。

そうです!

『ドライアイス』です!

子供のころ、アイスやケーキを買った時に付いてきたたドライアイスがめちゃくちゃ好きで、よくシンクいっぱいに白い煙を発生させたものです。

また、大学生になっても、実験で余ったドライアイスで遊んでました(笑)

みなさんも恐らく、そんな経験があるのではないでしょうか?

そんなドライアイスですが、よく考えるとなぜ煙は白いのでしょうか?

炭酸飲料から白い煙が出てきますか?

いや、出てきてるの見たことないですよね!

では、ドライアイスからでてくる気体は二酸化炭素なのに、なぜ白い煙が発生するのでしょうか?

今回はドライアイスがどのように作られているのか?から説明していきまたいと思います。

1.ドライアイスの作り方

ドライアイスはご存知の通り二酸化炭素の塊、個体です。

常温、常圧では二酸化炭素は気体として存在しています。

吐く息もそうですし、普通に空気中の二酸化炭素は気体ですよね?

では、どうやって二酸化炭素を固めているのでしょうか?

まず、二酸化炭素に圧力をかけ冷やします。

二酸化炭素的は自由に動き回っていたけれど、抑えつけられた上に冷たくすることで、運動能力も落ちていくということです。

すると気体だった二酸化炭素は液体になります。

さらにここで一気に大気圧に戻します。

大気圧では二酸化炭素は気体となるので一気に気化します!

一度液体にしたのに、また気体に戻しちゃうんです。

しかし、ここにポイントがあります。

気化した二酸化炭素は熱を奪い、凝固点を下回った二酸化炭素たちは個体になります。

凝固点とは液体が個体になる温度です。

もう少し簡単に言えば、空気中へと解き放たれた二酸化炭素たちは、仲間の二酸化炭素のエネルギーを奪うことで、解き放たれていったということです。

だから、気体になるやつと、個体になるやつが出てくるのです。

活発な二酸化炭素と、可愛そうな二酸化炭素がいるんですね(笑)

この奪う熱のことを気化熱と言います。

アルコールを手にかけるとひんやりしませんか?

これはアルコールが気体になり、皮膚の熱を奪うからです。

これと同じです!

そしてこの可愛そうな二酸化炭素たちが集まり個体となった粉末を、圧縮して固めたものが私たちが目にするドライアイスです。

このドライアイスはご存知の通り常温・常圧では液体にはならず、一気に二酸化炭素の気体になります。

このように個体から気体に一気に変わることを、昇華とよんでいます。

2.ドライアイスを水に入れると

ドライアイスを水に入れるとたくさんの白い煙が出てきます。

いったいなぜなのでしょうか?

二酸化炭素は白くないのに、何か恐ろしいものがでているのか?

いえいえ、そんなことはありません!実はその答えは水です。

ドライアイスの温度は-79度です。

恐ろしく低い温度ですよね。

水が氷になる温度を思い出してください!

0℃ですよね。

水が氷に変わる温度よりもドライアイスははるかに低い温度なのです。

ドライアイスが水に入ると二酸化炭素が出てきます。

すると水中では二酸化炭素の気泡となりますよね。

また、同時に温度がもの凄く低いので気泡の中で水が氷に変わります。

そのため二酸化炭素の気泡の中には小さな氷の粒とその粒が溶けた小さな水の粒ができます。

つまり、気泡に水と氷の二つの小さな粒がたくさん含まれているのです。

この気泡が水面に上がってくると、この二つの粒が空気中に出てきます。

もうおわかりになったと思います!

出てきた小さな氷の粒と小さな水の粒に光が当たり、散乱することで白くなる。

そう!

白い煙の正体というわけです。

雲が白いのと同じですよね。

また、普通においてても白い煙が出てきているのは、空気中の水蒸気を小さな氷の粒と水の粒に変えているというわけです。

空気中よりも水中の方が水がたくさんあるので、たくさん煙は出てきます。

また、寒い日に、息は白くなりますよね?

これは口の中の水蒸気が冷やされ、小さな水の粒となって白く見えるのです。

実はこれと同じなんです。

以外にも身近なところに正体がありましたね。

白い煙も白い息もすぐ消えてしまうのは、小さな粒なので、すぐに水蒸気になってしまうからなのです。

ドライアイスの表面を氷が覆ってしまうと、ドライアイスは二酸化炭素になれません。

お湯を使うと水よりも白い煙を出せるのは、温度が高いのでドライアイスの表面が氷で覆われにくいからです。

ドライアイスでたくさん白い煙を出したいときは、お湯を使いましょう!

3.ドライアイスに洗剤

私は学生時代、研究室で余ったドライアイスで遊んでいたのですが、その中でも面白かったことを紹介します。

ドライアイスを水につけ、洗剤をいれるのです!

すると、煙が入った沢山のあわがぼこぼこと発生してきます!

洗剤が入っているので、普通は割れる気泡が、割れずにどんどんふえてくるのです!

泡をつっつくと白い煙が中からでてきます。

なかなかの光景ですよ。

これは洗剤、つまり界面活性剤の特性を活かしています!

洗剤を入れることで水の表面張力が下がるので、気泡がつぶれにくくなるんです。

表面張力については↓を読んでみてください。

ぜひ洗剤にドライアイスやってみてください!

4.さいごに

ドライアイスは非常に身近な存在であり、いろんな実験を思い浮かべさせてくれるかもしれません。

しかし、危険なこともあるので注意が必要です。

例えば、ドライアイスをペットボトルに入れて、蓋を閉めてしまうと大変なことになります。

ドライアイスからたくさんの二酸化炭素が気化してくるので、ペットボトル内に収まりきらなくなります。

つまり、ペットボトルの中の圧力がどんどん大きくなっていき、ペットボトルを破壊してしまうのです。

とても危険ですよね?

また、ドライアイスは非常に低温です。

素手で触るのはとても危険です!

凍傷と言って、皮膚の細胞が凍ってしまうのです。

火傷なんかと言われますが、まったく違います。

熱いものを触った時に痛いと感じるのと同じような痛さを感じると思いますが、これは、体が冷たすぎたり、熱すぎたりするものから、体を守ろうと働く痛点が同じだからです。

だからドライアイスを触っても火傷と同じような痛みを感じるわけですね。

このように危険はたくさんあるので、安全に注意し、ドライアイスでいろいろな実験をしましょう。