หน้าหลัก » Blogs » ชั้นเรียนประถม – ประสมศาสตร์ประสานศิลป์ STEM ตอนที่ 97 – น้ำแข็งกับน้ำแข็งแห้ง (2)

สารบัญ

บทความที่เกี่ยวข้อง


น้ำแข็งกับน้ำแข็งแห้ง

การระเหิด (Sublimation) คือ การที่สาร (Substance) บางอย่างเปลี่ยนสภาพจากของแข็ง (Solid) ไปเป็นก๊าซ (Gas) โดยปราศจากการผ่านสภาพของเหลว (Liquid) ก่อน อาทิ คาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon dioxide) ที่แช่แข็ง หรือน้ำแข็งแห้ง (Dry ice) นั่นเอง

ในการทดลอง ถามเด็กเกี่ยวกับลูกโป่งทั้ง 2 ใบ แล้วจะพบคำตอบว่า ใบที่มีน้ำแข็งธรรมดา จะลงเอยด้วยน้ำที่ละลายจากน้ำแข็ง แต่ในลูกโป่งที่มีน้ำแข็งแห้ง จะลงเอยด้วยลูกโป่งที่ขยายตัวพองออก (Inflated)! ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น?

คำตอบก็คือ เมื่อน้ำถูกแช่แข็ง มันจะครอบครอง (Occupy) ขนาดเดียวกัน (Similar size) กับน้ำเหลว หรืออาจจะใหญ่กว่าเล็กน้อย (Slightly larger) นั่นเป็นเหตุผลที่ลูกโป่งมีขนาดเท่าเดิม

แต่ลูกโป่งที่มีน้ำแข็งแห้งอยู่ จะมีขนาดใหญ่ขึ้นเพราะน้ำแข็งแห้งระเหิด เปลี่ยนสภาพจากของแข็งไปเป็นก๊าซ น้ำแข็งแห้งเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ที่แช่เข็ง เหมือนก๊าซที่ถูกขับ (Expel) ออกจากปอดทุกๆ ครั้งที่เราสูดลม [หายใจ] ออก (Exhale)

ก๊าซจะขยายตัวออกซึ่งครอบครองพื้นที่ (Space) เพิ่มขึ้นกว่าเมื่อมันอยู่ในสภาพของแข็ง เนื่องจากก๊าซถูกอัดแน่น (Compacted) น้อยกว่าเมื่ออยู่ในสภาพของแข็ง อันที่จริง ก๊าซมีความหนาแน่น (Density) ต่ำกว่าของแข็ง นั่นเป็นเหตุผลที่ลูกโป่งพองออก

อะไรคือความแตกต่างระหว่างการระเหย (Evaporation) กับการระเหิด? ตามปรกติ สารที่เหมือนน้ำจะเปลี่ยนสภาพจากของแข็ง (อาทิ น้ำแข็ง) ไปเป็นของเหลว (อาทิ น้ำ) แล้วกลายสภาพเป็นก๊าซ (อาทิ ไอน้ำ) เมื่อน้ำที่ระเหยไป

ในการที่สารผ่านสภาพ (Transition) จากของแข็งเป็นของเหลวในช่วงกลาง (Intermediate) ก่อนจะเป็นก๊าซ เราเรียกว่า “การระเหย” แต่ถ้าสารเปลี่ยนสภาพโดยตรงจากของแข็งไปเป็นก๊าซ โดยไม่ผ่านสภาพของเหลวก่อน เราเรียกว่า “การระเหิด”

อุณหภูมิ (Temperature) ของน้ำเมื่อแช่แข็ง จะอยู่ที่ 0 องศาเซลเซียส (Celsius) หรือ 32 องศาฟาเรนไฮต์ (Fahrenheit) ในขณะที่น้ำแข็งแห้งมีอุณหภูมิอยู่ที่ -78 องศาเซลเซียส หรือ -109 องศาฟาเรนไฮต์ และนั่นเป็นเหตุผลที่เราจะต้องใช้ถุงมือหุ้มด้วยฉนวน เมื่อรับมือกับน้ำแข็งแห้ง มิฉะนั้น มือของเราอาจจะไหม้จากการแช่แข็ง (Freeze burn)

โชคดีที่อุณหภูมิในน้ำไม่ตกลงไปที่ -78 องศาเซลเซียส หรือ -109 องศาฟาเรนไฮต์ มิฉะนั้นทุกๆ ครั้งที่เราหายใจอออก ลมหายใจของเราอาจกลายเป็นน้ำแข็งแห้ง และโปรยไปทั่ว (Sprinkle) จนตกใส่เท้าของเราได้!

แหล่งข้อมูล:

  1. Sawah, Rihab and Anthony Clark. (2015). The Everything STEM Handbook – Help Your Child Learn and Succeed in the Fields of Science, Technology, Engineering, and Math. Avon, MA: Adams Media.
  2. Dry ice - https://en.wikipedia.org/wiki/Dry_ice. [2018, May 3].

สมาชิกที่ใช้งานอยู่ขณะนี้ คน