ドライアイスをガスバーナーで加熱するとどうなるか?


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ドライアイスをガスバーナーで加熱するとどうなるか?

ドライアイスをガスバーナーで加熱してみた。

大人よりも子どもの方が疑問として思いつきやすい「ドライアイスを燃やすとどうなるか」という問い。この問いを、火遊びではなく、真面目に科学的に検証してみました。

ドライアイスをトーチバーナーで加熱しよう。

ドライアイスは親指と人差し指で輪っかを作ったくらいの石コロサイズ。これをトーチバーナーで加熱してみました。

ドライアイスをガスバーナーで加熱する。

使用するトーチバーナーはアウトドア用の木炭着火用ガス式トーチバーナーで、燃料はブタンです。最大で1300℃の温度になります。家庭のガスコンロが都市ガスで1700〜1900℃くらいなので、それよりはちょっと温度が低い程度、練炭と同じくらいです。

これをドライアイスに照射すると、周りがチリチリと小さく音がなります。しかしみるみる小さくなる事はなく、見た目では大きさが変わっているのかちょっと分かりにくいはずです。

また、加熱した直後のドライアイスを触ってみましょう(※このときピンセットには触れないように!)。加熱したばかりのドライアイスを触ろうとすると多くの人がビビってしまいますが、実際触ってみると凄く冷たくて拍子抜けしてしまいます。

加熱したドライアイスを触ってみる。

実は、ドライアイスをガスバーナーで加熱しても、ドライアイスの温度は変化しないのです。

 

1300℃で加熱しても冷たいのはなぜ?

ドライアイスの正体は固体の二酸化炭素で、常温に取り出した時の温度は−79℃です。この温度は固体から気体へ変わる「昇華」と呼ばれる現象の温度です。物質が状態変化(固体・液体・気体へ状態が変わること)が起こっている時は、与えた熱量が状態の変化に使われてしまうので、いくら加熱しても状態変化が終わらない限り見かけの温度は変化しません。

昇華のときに外から吸収する熱量を「昇華熱」といいます。また、昇華熱のように状態が変わるときに見かけ上温度が上がらない熱量を「潜熱」といいます。

ドライアイスをガスバーナーで加熱した場合、二酸化炭素が完全に固体から気体へ変わらない限り、熱は昇華という現象に奪われ続け、温度は変化しないのです。つまり、1300℃で加熱しようが100℃で加熱しようが、関係ないのです。

状態変化のときに物質が熱を奪う現象は身近にもあります。例えば、常圧で水を沸騰させている時は水の温度は約100℃以上に上がる事はありません。水が完全に蒸発するまで水が水蒸気へ変化するとき熱を奪い続けるからです。また、アルコール消毒をすると手がヒンヤリしますが、あれもエタノールが蒸発する際に皮膚の熱を奪っていくため、皮膚の温度が下がり冷たくなったように感じるのです。この熱量は「蒸発熱(気化熱)」という潜熱です。

ただし、状態が変化していないものは、熱を与えた分だけ物質の温度が上がります。このような温度変化を伴う熱を「顕熱」といいます。例えばドライアイスを加熱する際に使用したピンセットはガスバーナーによって熱せられて、1300℃に近い温度になっているはずです。触るとヤケドしますので要注意です。

ドライアイスをガスバーナーで加熱したときの温度

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