یخ خشک چیست و در چه مواردی کاربرد دارد؟

یخ خشک (dry ice)شکل جامد دی اکسید کربن است که در درجه اول به عنوان عامل خنک کننده مورد استفاده قرار می گیرد ، اما در دستگاه های مه در سینما نیز برای جلوه های ویژه استفاده می شود. از مزایای این ماده می توان به دمای پایین تر از یخ آب و باقی نماندن باقی مانده اشاره کرد. یخ خشک برای نگهداری غذاهای منجمد وقتیکه خنک کننده مکانیکی در دسترس نیست ، مفید است.

یخ خشک در فشار اتمسفر زمین در ۱۹۴.۷ درجه سانتی گراد تصعید می شود. این سرمای شدید باعث می شود کار کردن با آن بدون استفاده از تجهیزات خطرناک باشد. اگرچه این یخ به طور کلی سمی نیست ، اما دفع گاز از آن می تواند باعث ایجاد هیپرکاپنیا (افزایش غیر طبیعی سطح دی اکسید کربن در خون) شود. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می شود.

تاریخچه یخ خشک

این ترکیب  اولین بار در سال ۱۸۳۵ توسط مخترع فرانسوی درین ژان پیر تیلوریه کشف شد وی اولین گزارش از این ماده را منتشر کرد. او شرح داد که هنگام باز کردن درب یک استوانه بزرگ حاوی دی اکسید کربن مایع ، بیشتر آن به سرعت تبخیر می شود و فقط یخ خشک و جامد را در ظرف باقی می گذارد.

در سال ۱۹۲۴ ، توماس بی اسلیت درخواست ثبت اختراع ایالات متحده برای فروش تجاری  این ماده را داد. او اولین کسی بود که این یخ  را به صنعت معرفی کرد. در سال ۱۹۲۵ شکل جامد CO2 توسط شرکت DryIce با نام “یخ خشک” معرفی شد و منجر به نام رایج آن شد. در همان سال شرکت DryIce برای اولین بار این ماده را به صورت تجاری فروخت و آن را برای اهداف برودتی به بازار عرضه کرد.

روش تولید یخ خشک

روش تولید این ترکیب بسیار ساده است و تنها کافی است کپسولی از CO2 با فشاری در حدود حداقل ۷۵ بار و دمای حدود ۳۱ درجه سانتی گراد را تهیه کرده و آنرا برعکس کنید، طوری که شیر خروجی آن در پایین ظرف باشد سپس شیر را باز کنید. در این وضعیت به علت فرآیند اختناق یا خفگی دمای سیال کم شده و CO2 به صورت یخ از آن خارج می شود. یخ خشک رنگی را نیز می توان با افزودن رنگ به دی اکسید کربن مایع تولید کرد.

خواص فیزیکی و شیمیایی یخ خشک

یخ خشک شکل جامد دی اکسید کربن (CO2) است که یک مولکول متشکل از یک اتم کربن منفرد متصل به دو اتم اکسیژن می باشد. این ترکیب  بی رنگ ، غیر قابل اشتعال ، دارای بوی تند و ترش است و می تواند هنگام انحلال در آب باعث کاهش pH محلول شده و محلول اسید کربنیک (H2CO3) تولید کند.

یخ خشک غیر قطبی است و دارای گشتاور دو قطبی صفر است بنابراین نیروهای جاذبه بین مولکولی واندروالس در آن غالب است. این امر منجر به هدایت حرارتی و الکتریکی پایین آن می شود.

توجه داشته باشید که اگرچه این ماده قابل اشتعال و انفجار نیست اما اگر در یک ظرف مهر و موم قرار داده شود به علت تصعید خطر انفجار ظرف یا ترکیدن ظرف مخزن هنگام باز کردن آن وجود دارد. بر همین اساس بمب یخ خشک در دستگاهی بالون مانند تولید می شود. در این دستگاه‌ از آب برای تسریع فرآیند تصعید استفاده می ‌شود که با افزایش فشار صدای بلندی تولید می کند.

کاربردهای یخ خشک

متداول ترین کاربرد این ماده  در حفظ مواد غذایی است و اغلب برای بسته بندی مواردی که باید بدون استفاده از خنک کننده مکانیکی سرد یا منجمد بمانند مانند بستنی یا نمونه های بیولوژیکی استفاده می شود. این ترکیب برای ذخیره واکسن کرونا یا COVID-19 که به ذخیره سازی در دمای بسیار سرد نیاز دارد، استفاده می شود.

از این یخ می توان برای جلوگیری از فعالیت حشرات در ظروف بسته غلات و محصولات دانه ای استفاده کرد زیرا اکسیژن را جابجا می کند اما طعم و کیفیت غذاها را تغییر نمی دهد. به همین دلیل  مانع از تجزیه روغن و چربی های غذایی می شود.

وقتی این ترکیب در آب قرار می گیرد ، تصعید تسریع می شود و ابرهایی متراکم و غوطه ور و دود مانند ایجاد می شوند. این مورد در ماشین های مه شکن ، تئاترها ، برای خانه های خالی از سکنه در فیلم برداری و کلوپ های شبانه برای جلوه های ویژه استفاده می شود.

در پزشکی از این ماده برای یخ زدگی و از بین بردن زگیل استفاده می شود. با این حال  نیتروژن مایع عملکرد بهتری دارد ، زیرا سردتر است بنابراین به زمان کمتری برای عملکرد نیاز دارد. البته یخ خشک مشکلات کمتری در ذخیره سازی دارد ، زیرا در صورت لزوم می تواند از گاز دی اکسید کربن فشرده تولید شود.

بهتر است بدانید:

همچنین لوله کش ها از تجهیزاتی استفاده می کنند که CO2 مایع تحت فشار را به داخل کاپوت اطراف لوله منتقل می کند. یخ خشک تشکیل شده باعث یخ زدگی آب می شود و به آنها امکان می دهد بدون بستن شبکه های اصلی آب ، تعمیرات را انجام دهند. این روش را می توان روی لوله هایی با قطر حداکثر ۴ اینچ (۱۰۰ میلی متر) استفاده کرد.

از این یخ می توان به عنوان طعمه ای برای به دام انداختن پشه ها ، ساس ها و سایر حشرات استفاده کرد ، زیرا به دی اکسید کربن جذب می شوند.  از این ترکیب می توان برای از بین بردن جوندگان استفاده کرد. این کار با انداختن گلوله ها در داخل تونل های جوندگان در زمین و سپس مهر و موم کردن در ورودی انجام می شود که باعث خفه شدن جوندگان می شود.

از گلوله های کوچک یخی می توان برای مقابله با آتش استفاده کرد زیرا با خنک سازی سوخت و جلوگیری از رسیدن اکسیژن آتش را خفه می کند.
سرمای شدید یخ خشک می تواند باعث تغییر مواد ویسکوالاستیک به شیشه شود. بنابراین برای از بین بردن بسیاری از انواع چسب های حساس به فشار مفید است.

کاربردهای صنعتی یخ خشک چیست ؟

از انفجار این یخ برای تمیز کردن قالب لاستیک و تمیز کردن تاسیسات الکتریکی استفاده می شود. از این ترکیب می توان برای شل کردن کاشی های کف آسفالت یا مواد مهار کننده صدای ماشین استفاده کرد.

در صنعت گلوله های یخ  از نازل با هوای فشرده شلیک می شوند و قدرت سرعت گلوله ها را با عمل تصعید ترکیب می کنند. این عمل می تواند باقی مانده های تجهیزات صنعتی را از بین ببرد. نمونه هایی دیگر از کاربرد این ماده حذف جوهر ، چسب ، روغن ، رنگ و لاستیک است. انفجار این یخ می تواند جایگزین سندبلاست ، انفجار بخار ، انفجار آب یا انفجار حلال شود.

این ترکیب  همچنین برای گاز زدایی از بخارهای قابل اشتعال از مخازن ذخیره سازی مفید است – تصعید گلوله های یخ در داخل مخزن تخلیه شده بخارات قابل اشتعال را حذف می کند.

یخ خشک از کجا بخریم؟

یخ خشک در داروخانه ها در اشکال مختلف در پک ها و ظروف پلاستیکی در بسته فروخته می شود. قیمت هر کیلو یخ خشک در کارخانه تولید یخ خشک تعیین می شود و در حجم های مختلف خرید و فروش می شود. پک های یخ خشک را کافی است حداقل ۱۰ ساعت در فریزر گذاشته و سپس استفاده نمایید. پس از آب شدن یخ مجددا این کار را تکرار کنید.

مدت نگهداری یخ خشک بسته به نوع آن متفاوت است . نگهداری یخ خشک در خانه در پک های بسته بندی در بسته سالم تا سالها امکان پذیر است.

احتیاط هنگام استفاده از یخ خشک

برای استفاده از این ماده حتما از دستکش ضخیم استفاده کنید زیرا در صورت تماس مستقیم با پوست ، دمای بسیار سرد آن می تواند به راحتی باعث آسیب پوست شود. به همین دلیل ، هرگز نباید این ترکیب را بچشید یا قورت دهید زیرا یخ خشک خوراکی نیست.

نگرانی مهم دیگر در مورد یخ خشک تهویه است و شما هنگام استفاده باید از تهویه مناسب منطقه اطمینان حاصل کنید. از آنجاییکه دی اکسید کربن سنگین تر از هوا است می تواند در مناطق کوچک یا فضاهای بسته متمرکز شود (مانند ماشین یا اتاقی که یخ خشک در آن تصعید می شود). هوای طبیعی ۷۸٪ نیتروژن ، ۲۱٪ اکسیژن و فقط ۰.۰۳۵٪ دی اکسید کربن دارد. اگر غلظت دی اکسید کربن در هوا به بالای ۵٪ برسد ، دی اکسید کربن می تواند سمی شود که از مضرات یخ خشک است.