ドライアイス

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ドライアイス。常温常圧下では昇華して直接気体の二酸化炭素になる。
ドライアイスは、に入れると大量の白煙を発生する。

ドライアイス: dry ice)は、二酸化炭素固体にしたものである。

化学的性質[編集]

  • ドライアイスは常温常圧環境下では液体とならず、直接気体昇華する。
  • 比重: 1.56
  • 昇華温度: -79℃(at 1気圧
  • 溶解潜熱: 45.56kcal/kg (190.75kJ/kg)(at 1気圧)
  • 気化潜熱: 88.12kcal/kg (369.94kJ/kg)(at 1気圧)
  • 昇華潜熱: 136.89kcal/kg (573.13kJ/kg)(at 1気圧)
  • 冷却能力は同容積の氷の約3.3倍となる。
  • ドライアイスを空気中に置くと、空気中の水分が凍り白煙が発生する。この白煙については二酸化炭素と間違われることがあるが、二酸化炭素は目には見えない[1]

製造方法[編集]

  1. ビール工場等の発酵過程で出る副産物としての気体の二酸化炭素(炭酸ガス)を用意する。
  2. その気体の二酸化炭素を、およそ130気圧前後に加圧して液化させる。
  3. その液体の二酸化炭素を急速に大気中に放出する。
  4. その際に気化熱が奪われることにより自身の温度凝固点を下回る。このことを利用して粉末状の固体にする。
  5. その個体を成形して製品にする。この方法で製造した場合、ドライアイスは細かい粉体(パウダースノー(粉雪)状態)で圧縮しても固めることができない。したがって、市販されるブロック状のドライアイスは固めるために数パーセントが添加してある。

おもな用途[編集]

  • 温度がよりも低く、液体にならず気化してしまうため扱いが比較的容易であり、冷凍食品アイスクリームケーキ等の食品を腐らせない(融けない)ように輸送するときなどの保冷剤として使われる。
  • 水中に入れることで大量の白煙を発生させることができるため、舞台などでの特殊効果ではお湯にドライアイスを投入した白煙がよく用いられる。ドライアイスを水などの液体中に入れた場合での白煙の正体は空気中の水分ではなく、ドライアイスに触れた液体が微小な固体粉末になったものである。水以外でも、酢酸ベンゼンなど、二酸化炭素の昇華点よりも融点が高く、粘性が十分小さい液体中に入れたときも白煙は発生する[2]
  • 人間動物遺体保存にも使われ、遺体と一緒にしたまま火葬しても有害ガスが出ないことから、根強い需要がある。
  • 水資源の安定確保・枯渇対策を目的とした、人工降雨・降雪技術の確立のための研究も行われている。
  • 医療ではイボ胼胝の切除治療にも使われることがある。しかし、ドライアイスは保存しにくくまた利用もしにくいため、液体窒素のほうが現在主流である。
  • ドライアイスとコンプレッサーの圧縮空気を利用した新しい洗浄「ドライアイス洗浄」が環境に良いとされ、自動車産業を中心に多く利用されてきている。
  • 有機溶媒とドライアイスとの混合物寒剤とすることができる。たとえば、エチルアルコールとドライアイスとでは-72℃、エチルエーテルとドライアイスとでは-77℃の低温が得られる[3]

危険性・取扱い上の注意点[編集]

  • ドライアイスは日常的に用いられるが、高濃度(およそ70 - 80%以上)の二酸化炭素を吸入すると、たとえ酸素が大気中と同等程度含まれていても、二酸化炭素が呼吸中枢毒性を示すために自発呼吸が停止し窒息することがある。特に昇華して二酸化炭素の気体になった場合は足下に滞留しやすいため、窒息あるいは酸欠による事故の危険がある。冷凍庫のような屋内や、車内で扱う際は、締め切らずに通気や換気を行う必要がある。たとえば350gのドライアイスを乗員室容積2,000Lの密閉した車内に放置すると、1時間で車内の炭酸ガス濃度は約10%となり、中毒を起こして意識不明に陥る危険性がある[4]
  • 高い場所でドライアイスを扱った際、二酸化炭素が離れた低い場所に流れ込み、そこで酸欠を起こした事故もある。
  • 「使用を誤ると酸欠事故の恐れがある」、「廃棄できず、昇華するのを待つ必要がある」、「商品表面に二酸化炭素が浸透し、炭酸飲料のような刺激感を与えてしまう」、「二酸化炭素は地球温暖化の原因物質というネガティブイメージがある」といった欠点のため、近年ではドライアイスに代わって、吸水ポリマーが原料の保冷剤が普及してきている。特にケーキの持ち帰り用には大部分が保冷剤に取って代わられた。なお、食品に使われるドライアイスはビール工場等の発酵過程で出る副産物を利用しているので、そのドライアイスを使用すること自体は二酸化炭素を増やさない。したがって、食品に使われるドライアイスは地球温暖化の原因物質ではない。
  • 直接手で触れると凍傷を起こす危険がある。また、10%から50%の濃度の二酸化炭素で中毒を起こす可能性があるため、十分な換気と酸欠に注意が必要である。
  • 直接口に含む行為は凍傷や二酸化炭素中毒の恐れがあり危険である。
  • ドライアイスは食用を考慮して製造されていないため、飲料にドライアイスを入れて炭酸水を作ることは衛生上の観点からも避けた方がよい。
  • 食品を冷やす場合は間接的な冷却を行うのが好ましい。ちなみに、ドライアイスを新聞紙などで包むと昇華を遅らせることができるので長持ちする。

ペットボトル破裂事故[編集]

#製造方法で述べたとおり、ドライアイスは圧縮された気体であり、昇華して気体になると体積は約750倍になる。当然ながら、ガラス瓶やペットボトルなどの容器で密閉保存してしまうと、容器内の圧力が急激に上昇してしまう。さらにその状態で、

  • 容器が長時間にわたって放置される
  • 容器を振る
  • 容器を落とす
  • 容器を床や壁などに叩きつける
  • 容器を投げ飛ばす

などとなって、容器に衝撃が加わると、圧力に耐え切れない容器が破裂・爆発し、破片やキャップが飛び散り、非常に危険である。

実際に、炭酸水を作ろうとしてペットボトルやビン容器に飲料とドライアイスを入れて密閉した状態で容器を振るなどしたところ、容器が破裂してビンの破片やキャップなどが吹き飛び、腕や顔面に重傷を負ったという事故が相次いでおり、国民生活センターが注意喚起を行う事態に発展した。中には「破裂して吹き飛んだペットボトルのキャップが眼球に直撃してしまい失明」という事故も報告されている[5]

脚注[編集]

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  1. ^ ただし見えなくとも当然、二酸化炭素も発生している
  2. ^ 松川利行「水に投じたドライアイスで生じる白煙について―氷微粉末(固体)である証明 (PDF) 」 、『研究紀要』第40巻、日本理化学協会2008年、 113-117頁。
  3. ^ 長倉三郎ほか編 『岩波理化学辞典』 岩波書店1998年、第5版。ISBN 4-00-080090-6
  4. ^ 船山信次 『図解雑学 毒の科学』 ナツメ社2003年、189頁。ISBN 4-8163-3287-1
  5. ^ 国民生活センター (2007年9月5日). “ドライアイスを入れて密閉したペットボトルが破裂して大けが!!”. 発表情報. 2012年1月12日閲覧。

関連項目[編集]

外部リンク[編集]