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萬聖節常用的乾冰,為什麼一碰水就冒出白霧?

文/Tr.Vivi 親子科學 | Vivi 老師

Tr.Vivi 親子科學・科學解答

白霧主要是水形成的微小液滴。 乾冰會直接從固態變成二氧化碳氣體,這個過程叫做「昇華」;乾冰周圍非常低溫,會讓水蒸氣冷卻並「凝結」成細小水滴。大量小水滴漂浮在空氣中,就形成我們看到的白霧。

萬聖節佈置或舞臺特效裡,常把乾冰放進水中,幾秒鐘內就會冒出大量白霧。

看起來很像煙,但乾冰並沒有燃燒,而且二氧化碳氣體本身也是透明的。真正讓我們看見白色的,是空氣中的微小水滴。

乾冰為什麼不會像冰塊一樣融化?

乾冰不是普通的冰,而是固態二氧化碳。

在一般大氣壓力下,乾冰不會先融化成液態,而是直接從固體變成二氧化碳氣體。這種「固體直接變成氣體」的相態變化,就叫做昇華。

乾冰的溫度大約是 -78.5 °C。只要周圍環境比它溫暖,熱就會不斷傳進乾冰,使它持續昇華。

白霧為什麼是水,不是二氧化碳?

二氧化碳氣體本身沒有顏色,所以即使乾冰正在快速昇華,我們也看不到二氧化碳本身。

乾冰放進水裡後,大量低溫的二氧化碳氣體會產生,同時讓附近的空氣和水蒸氣迅速降溫。

當水蒸氣冷卻到足以變回液態時,就會「凝結」成非常細小的水滴。這些小水滴懸浮在空氣中並散射光線,我們就會看到一大片白霧。

因此,乾冰負責製造低溫環境和二氧化碳氣流,而真正看得見的白色部分主要是水。

為什麼加溫水,白霧會變得更多?

因為溫水能更快把熱傳給乾冰,使乾冰昇華得更快。

昇華速度增加後,短時間內會產生更多二氧化碳氣體;溫水本身也能提供較多水蒸氣。這些水蒸氣遇到低溫環境後凝結,就會形成更多微小水滴。

所以同樣大小的乾冰放進溫水,通常會比放進冷水產生更大量、更明顯的白霧。

參考資料

  1. 教育部教育百科|乾冰
  2. 臺灣網路科教館|那些年我們一起誤解的乾冰
  3. Journal of Chemical Education|The Source of the Cloud Produced upon Adding Dry Ice to Water
  4. Journal of Chemical Education|A Molecular Explanation of How the Fog Is Produced when Dry Ice Is Placed in Water

本文由 Tr.Vivi 親子科學原創整理,引用請註明出處:Tr.Vivi 親子科學(trvivi.com)。

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