น้ำแข็งแห้ง VS. ไนโตรเจนเหลว

แม้ว่าจะไม่ใช่ Mothra กับ Mothra Godzilla ทีมงาน Jefferson Lab ในส่วนของซีรีส์ YouTube เรื่อง "Frostbite Theatre" ใส่น้ำแข็งแห้งและไนโตรเจนเหลวลงในภาชนะเดียวกันเพื่อดูว่าจะเกิดอะไรขึ้น วัสดุทั้งสองนั้นเย็นมากและต่ำกว่าศูนย์มาก แต่ความแตกต่างของอุณหภูมิทำให้การทดลองนี้น่าสนใจ การตั้งค่าการทดลองน้ำแข็งแห้งกับไนโตรเจนเหลวยังทำให้เกิดความบิดเบี้ยวในแบบที่เราคิดเกี่ยวกับคำศัพท์ต่างๆ เช่น ความเย็น ร้อน และเดือด

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

TL/DR; ไม่ได้อ่านนาน

น้ำแข็งแห้งกับไนโตรเจนเหลวเป็นหัวข้อที่น่าสนใจในการตรวจสอบคุณสมบัติของสิ่งที่เราคิดว่าร้อน เย็น และเดือด ที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์มาก น้ำแข็งแห้งและไนโตรเจนเหลวที่เย็นกว่ามากจะสร้างเอฟเฟกต์ที่น่าสนใจ

การชมการทดลองเป็นเรื่องสนุก แต่ขอเตือนว่าด้วยอุณหภูมิน้ำแข็งแห้งที่ประมาณ -110 องศาฟาเรนไฮต์และหนาแน่นขึ้นด้วย อุณหภูมิจะจมลงสู่ก้นภาชนะ อุณหภูมิไนโตรเจนเหลว ซึ่งเริ่มต้นที่ประมาณ -321°F เริ่มเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้เดือด ใครจะรู้ว่าน้ำแข็งแห้งร้อนมาก? ในทางวิทยาศาสตร์ ทุกอย่างสัมพันธ์กัน

น้ำแข็งแห้งเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่แข็งตัว ด้วยเหตุนี้สูตรเคมีน้ำแข็งแห้งจึงเหมือนกับคาร์บอนไดออกไซด์หรือCO

เมื่อน้ำแข็งธรรมดาละลายกลายเป็นของเหลว เมื่อน้ำแข็งที่ "แห้ง" ละลาย จะระเหยที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งหมายความว่าน้ำแข็งจะเปลี่ยนจากของแข็งไปเป็นก๊าซโดยตรง ลักษณะเฉพาะเหล่านี้ทำให้น้ำแข็งแห้งมีค่าในการเก็บอาหารให้เย็นโดยไม่ต้องแช่เย็น และสำหรับการสร้างเอฟเฟกต์หมอกในวันฮาโลวีน

นอกเหนือจากรถเข็นไอศกรีมและชามหมัดของคุณแล้ว น้ำแข็งแห้งยังมีขายทั่วไปและมีประโยชน์ในเชิงพาณิชย์มากมาย สถานพยาบาลใช้เพื่อเก็บตัวอย่างเย็น บางอุตสาหกรรมใช้น้ำแข็งแห้งในวิธีการที่เรียกว่า "การเป่าด้วยน้ำแข็งแห้ง" ซึ่งคล้ายกับการพ่นทรายเพื่อทำความสะอาดอุปกรณ์ ตัวอย่างเช่น ใช้ในทุ่งน้ำมันเพื่อขจัดกากตะกอนจากก้นถังน้ำมัน ตามข้อมูลของ DryIceInfo.com การใช้น้ำแข็งแห้งในเชิงพาณิชย์ตั้งแต่การสร้างตราสินค้าปศุสัตว์ไปจนถึงการแปรรูปเนื้อสัตว์ไปจนถึงการกำจัดกระเบื้องปูพื้นไปจนถึงการกำจัดโกเฟอร์ เป็นของอเนกประสงค์ ประชาชนทั่วไปสามารถซื้อน้ำแข็งแห้งในร้านขายของชำหลายแห่งได้ในราคาไม่กี่ดอลลาร์ต่อปอนด์ นำเครื่องทำความเย็นของคุณติดตัวไปด้วยเมื่อคุณต้องการซื้อสินค้า และเพียงแค่บอกพวกเขาว่าคุณต้องการกี่ปอนด์

ไนโตรเจนเป็นก๊าซ ในการทำให้เป็นของเหลวนั้น จะต้องทำให้เย็นลงอย่างทั่วถึง ที่อุณหภูมิไนโตรเจนเหลวทั่วไปที่ -346°F ดูเหมือนน้ำเดือด แม้ว่าจะเย็นมากก็ตาม เมื่อถูกแช่แข็งต่ำกว่า -346° มันจะกลายเป็นของแข็ง เมื่ออยู่เหนือจุดเดือดที่ -320.44°F มันจะกลายเป็นก๊าซ

ตามที่ทีมงานของ Jefferson Lab แสดงให้เห็น ไนโตรเจนเหลวนั้นเย็นกว่าน้ำแข็งแห้งมาก สิ่งนี้ทำให้การจัดการที่เป็นอันตรายมากขึ้นและทำให้ประชาชนทั่วไปเข้าถึงได้น้อยลง แม้ว่าบาร์บางแห่งจะทำค็อกเทลด้วยไนโตรเจนเหลว แต่ในเดือนตุลาคม 2555 แฟชั่นนี้ส่งผลให้วัยรุ่นคนหนึ่งในสหราชอาณาจักรต้องผ่าตัดฉุกเฉินเพื่อเอากระเพาะออกหลังจากที่ดื่มไป บาร์นำเครื่องดื่มดังกล่าวออกจากเมนูอย่างรวดเร็ว

ไนโตรเจนเหลว การจัดการอย่างปลอดภัย เป็นเรื่องสนุกในวิชาเคมี เว็บไซต์มหาวิทยาลัยคอร์เนลล์แสดงรายการการใช้ลูกบอลแปลก ๆ หลายอย่างรวมถึงการเทไนโตรเจนเหลวหนึ่งถ้วยลงใน liquid ควอร์ของสารละลายฟอง -- "ฟองไปทุกที่!" -- และแช่แข็งกล้วยในไนโตรเจนเหลวแล้วใช้ค้อนทุบ เล็บ. โง่ใช่มั้ย? แต่กลวิธีเหล่านี้เผยให้เห็นคุณสมบัติที่มีค่าที่สุดสองประการของไนโตรเจนเหลว: มันขยายตัวอย่างรวดเร็วและทำให้วัตถุแข็งตัวทันที

กระบวนการโต้เถียงที่เรียกว่า "fracking" ใช้ประโยชน์จากการขยายตัวอย่างรวดเร็วของไนโตรเจนเหลวเพื่อแยกหินแตกที่มีก๊าซธรรมชาติ และการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วและทั่วถึงของไนโตรเจนเหลวถูกนำมาใช้ในการใช้งานทางการแพทย์หลายอย่าง เช่น ในการแช่แข็งและทำลายเนื้อเยื่อที่ไม่ต้องการในทันที เช่น หูดและมะเร็งขนาดเล็ก