玩轉干冰

□文/南京市玄武高級中學 張軍

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

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氣體，這個過程會吸收大量的熱。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，會有性命之憂。事實上，醫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，我們應該怎樣取用干冰呢？取用干冰時，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）。

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。干冰的迅速升華會從周圍吸收大量的熱，導致周圍溫度下降；空氣中的水蒸氣放熱，發生液化，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，房間窗戶玻璃內表面會出現水霧，或者我們從戶外走進屋里，眼鏡片上會出現一層水霧，都是液化現象。淋浴時，鏡面上會出現水霧；寒冷天氣里跑步，鼻子、嘴巴、頭頂會冒“白氣”，這些也都是液化現象。

舞臺上，有時需要霧的效果來渲染氣氛，就可以在舞臺上放置一些干冰。溫度差大一些，水蒸氣含量多一些，液化現象會更明顯。將干冰投入熱水中，會發現霧量明顯增多（圖2）。

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”，冰晶和水滴就會向下掉落，形成雨。小冰晶在下落過程中會變成水，增加雨量。

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

圖3

觀察6種物態變化

將干冰放入金屬容器中，隨著金屬溫度的下降，容器壁上會出現水珠，這是空氣中水蒸氣液化形成的。容器壁上還會出現霜，這是空氣中的水蒸氣凝華形成的（圖4）。當容器中的干冰升華完，金屬溫度會上升，霜就慢慢消失了。溫度低于0℃時，霜直接升華為水蒸氣；溫度達到0℃后，繼續吸熱，霜就會熔化為水（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，就會凝固為冰。當然，水珠還會通過蒸發的方式變成水蒸氣擴散到空氣中，實現汽化。這樣，熔化和凝固、汽化和液化、凝華和升華等6種物態變化就都出現了。

圖4

圖5

比較材料的導熱性能

找幾根長度相同的木棒、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）。用手不時觸碰棒的另一端，感受它們的溫度下降。相同時間內，溫度降得最多的棒，導熱性能最好；當然，溫度降得最少的棒，隔熱性能最好。

圖6

隔熱材料和導熱材料在生產、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，就是因為身體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，所以運裝干冰時往往用泡沫箱。

用干冰來滅火

二氧化碳氣體的密度比空氣大，可以像水一樣從一個容器倒入另一個容器。將干冰放入飲料瓶中，不長時間就會收集到一瓶二氧化碳氣體。將劃著的火柴插入瓶口，如果火焰立刻熄滅，說明二氧化碳氣體收集滿了。將瓶口傾斜向下，往蠟燭火焰上傾倒二氧化碳氣體，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氣體在容器里慢慢上升，會將燭芯淹沒。

黃毛鼠等害鼠會危害水稻、小麥、玉米等農作物的整個生長過程，人們常用布置鼠夾、投放毒餌等方法來消滅它們。其實，人們也可以利用干冰來達到同樣目的。如果發現了鼠洞，可以往洞里投放干冰，然后立刻封住出口。干冰升華，導致洞內二氧化碳氣體的濃度逐漸增大，害鼠會迅速失去意識，在低痛苦狀態下實現“安樂死”。

禁止將干冰放入密閉容器

圖7

干冰升華為二氧化碳氣體后，體積會擴大近千倍，產生高壓。如果將干冰密封在玻璃瓶中，高壓會讓玻璃瓶爆炸，四散的玻璃碎片會對人體造成傷害。即便是裝在密閉的塑料瓶內，爆炸也會產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，泡沫箱碎裂發出異樣響聲，幸好未造成人員受傷。事后，警方對該乘客進行了教育。南京也曾發生過市民將冰淇淋月餅與裝干冰的塑料瓶放入冰箱，導致冰箱被炸的事件。2013年，美國洛杉磯機場還發生過干冰爆炸事件。

生活中，冷藏保存食品時常會用到干冰，同學們千萬不可因好奇、感覺好玩而把它當玩具，更不可將它裝入密閉容器中，以免造成嚴重后果。