[ dry ice ]
고체 형태의 이산화 탄소(CO2)를 드라이아이스라고 한다. 압력이 1 기압일 때 드라이아이스는 -78.5 °C에서 기체로 승화되며, 다양한 용도의 냉매로 사용된다. 특히 드라이아이스는 부산물을 남기지 않기 때문에, 육류나 아이스크림 같은 냉동 및 냉장 식품을 보관하고 운반하는 데 편리하다.
드라이아이스는 높은 압력으로 이산화 탄소를 액화시킨 다음 급격히 팽창시켜 만든다. 1835년 프랑스의 발명가 틸로리에(Adrien-Jean-Pierre Thilorier)가 드라이아이스의 생성을 처음으로 관찰하였다.1) 1925년 미국의 DryIce라는 회사에서 드라이아이스를 공업적으로 생산하기 시작하면서 '드라이아이스(Dry ice)라는 이름으로 불리게 되었다.2) 드라이아이스는 얼음보다 온도가 매우 낮으며 냉각 효율이 훨씬 높은 냉매로 식품 보관에 매우 유용하다. 하지만 피부에 직접 접촉하면 (동상에 의한) 화상을 입을 수 있으므로 취급에 주의하여야 한다.
드라이아이스 (출처)
목차
특성
드라이아이스는 무색의 고체로 물에 녹아 탄산(H2CO3)을 만든다. 그 밀도는 1.4~1.6 g/cm3이며, 대기압에서는 액체 상태를 거치지 않고 기체가 된다(승화).
CO2의 삼중점은 5.13 atm, -56.4 °C로 압력이 5.13 atm 보다 낮으면 액체 상태를 거치지 않고 기체에서 고체(석출, deposition) 또는 고체에서 기체로(승화, sublimation) 변한다. 아래 상도표에서 볼 수 있는 것처럼 압력이 1 atm(1.013 bar)이면 드라이아이스는 -78.5 °C에서 고체에서 기체로 승화된다.
이산화 탄소의 상도표(출처)
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드라이아이스는 냉매로서의 특성이 매우 우수하다. 얼음보다 온도가 매우 낮으며 냉각 효율이 2~3배 더 높고, 승화 과정에서 부산물을 남기지 않는다. 드라이아이스는 일반적인 아이스박스 속에서 24시간 동안 3~5 kg정도 승화된다.3) 따라서 식품의 포장 및 이동에 드라이아이스를 냉매로 사용할 때에는 이와 같은 점을 고려해야 한다.
드라이아이스의 제조
드라이아이스는 30 기압에서 액체 이산화 탄소로부터 제조된다. 기체 이산화 탄소는 높은 압력에서 냉각시키면 액화된다. 액체 CO2를 팽창 밸브를 통해 비어있는 용기 속으로 팽창시키면 기화하면서 온도가 급격히 낮아진다. 기체의 46% 정도는 분말 형태 드라이아이스로 만들어진다. 나머지 기체는 배출시키거나 회수하여 재사용한다. 드라이아이스 분말을 압축하면 필요한 용도에 따라 다양한 형태의 덩어리 드라이아이스로 만들 수 있다. 드라이아이스를 강하게 압축하여 밀도를 높이면, 취급이 쉽고 더 오래 사용할 수 있다.
또한 CO2 가스 실린더와 눈나팔(snow horn)을 이용하면 실험실에서 드라이아이스를 제조할 수 있다. CO2 가스 실린더를 눈 나팔에 연결한 후 나일론이나 삼베 주머니를 통해 CO2를 방출시키면 줄-톰슨(Joule-Thomson) 팽창때문에 온도가 급격히 낮아지면서 드라이아이스 분말이 만들어진다.
일상생활에서의 이용식품의 보관 및 운송 - 드라이아이스는 냉동 및 냉장 식품의 보관 및 운송에 가장 많이 사용된다. 특히 육류, 생선, 아이스크림 같은 식품의 포장 및 운반에 매우 유용하다. 또한, 육류를 다진 고기나 소시지로 가공할 때, 부패 방지를 위해 사용된다. 곡물 창고에 드라이아이스가 들어 있는 용기를 설치하고 창고 윗부분에 작은 환기구를 설치하면, 박테리아, 곰팡이, 벌레가 곡물에 생기는 것을 방지할 수 있다.4)
공연장에서의 안개 효과 - 드라이아이스를 뜨거운 물에 넣으면 승화 속도가 빨라지면서, 연기 같은 짙은 안개구름이 바닥에 깔리며 만들어진다. 이 효과를 이용한 연무기는 극장, 유령의 집, 나이트클럽 등에서 극적인 효과를 나타낼 때 사용된다. 드라이아이스를 이용한 연무기로 만든 안개는 농도가 매우 짙고 바닥에 깔리기 때문에 효과를 극대화할 수 있다.
드라이아이스를 물에 넣으면 만들어지는 안개 (출처)
방충 및 방제 - 옷과 드라이아이스를 함께 비닐백에 넣어두면 드라이아이스의 훈증 효과로 좀벌레와 유충을 박멸할 수 있다. 또한 드라이아이스를 모기나 진드기 덫으로 사용할 수 있다. 모기나 진드기는 사람이 내쉬는 숨 속에 들어있는 적은 양의 CO2를 감지하고 모여든다. 드라이아이스가 승화될 때 사람 1000명이 내쉬는 정도의 CO2가 방출되므로 모기나 진드기를 쉽게 유인하여 잡을 수 있다.
배관 공사 - 수도관 누수가 있을 때 드라이아이스로 관을 얼려 누수를 막을 수 있다. 이 방법은 주 밸브를 잠그지 않고 부분적으로 물을 차단하고 수도관을 수리할 때 매우 유용하며, 지름이 100 mm인 관까지 사용할 수 있다.5) 또한 드라이아이스로 연결관을 일시적으로 수축시킬 수 있으므로, 두 관을 끼워 연결할 때 유용하다.
탄산수 제조 - 드라이아이스를 용액에 넣으면 CO2 기체가 발생하며 액체 속에 녹는다. 소다수나 탄산수를 이런 방법을 통해 제조한다.
산업에서의 이용드라이아이스 분사 세척 - 산업에서 이산화 탄소를 가장 많이 이용하는 분야는 드라이아이스를 이용하는 장비 세척이다. 제트 노즐과 압축 공기를 이용하여 작은 알갱이 형태의 드라이아이스를 분사하여 장비를 세척할 수 있다. 드라이아이스에 의해 장비 표면의 온도가 매우 낮아지면서 표면에 붙어있는 기름, 잉크, 접착제, 페인트, 흙, 고무 등이 쉽게 떨어진다. 모래, 스팀, 물, 솔벤트 등을 이용한 분사 세척보다 그 효과가 우수할 뿐만 아니라, 세척 후 잔여물이 남지 않기 때문에 매우 유용하다.
NASA의 엔지니어들이 제임스웹 우주 망원경에 들어갈 금으로 코팅된 거울을 드라이아이스 분말로 세척하고 있다. (출처)
아스팔트 냉각 - 아스팔트 시공 후 드라이아이스로 뜨거운 아스팔트를 식히면 도로포장 시간을 단축할 수 있다.
실험실에서의 이용냉매 - 드라이아이스와 적당한 용매를 혼합하면 시료를 원하는 온도로 냉각할 수 있다. 아세톤에 드라이아이스를 넣으면 -78°C 냉각 조를 만들 수 있다.
학교에서의 과학 실험 - 드라이아이스는 초중등학교에서 할 수 있는 흥미롭고 창의적인 다양한 과학실험에 이용될 수 있다. 화산 실험, 안개상자 실험, 드라이아이스 폭탄, 혜성 실험, 베이킹소다 만들기, 기체 팽창 등의 과학 실험에 드라이아이스가 사용된다.
드라이아이스의 안전한 취급법
드라이아이스 온도는 -78.5 °C로 매우 낮다. 따라서 드라이아이스를 취급할 때에는 보호복, 장갑, 보안경을 착용해야 한다. 드라이아이스를 잠깐 만지는 것은 괜찮지만, 장시간 피부에 접촉하면 동상으로 피부가 손상될 수 있다. 드라이아이스에 의해 화상과 유사한 피부 손상이 생길 수 있다. 물집이 생기거나 피부가 벗겨지면 전문적인 치료를 받아야 한다.
보관드라이아이스는 승화 속도를 늦추기 위해 단열 용기에 보관한다. 그러나 밀폐된 용기에는 보관하면 안 된다. 드라이아이스가 승화하여 만들어진 이산화 탄소로 용기의 압력이 높아지면 용기의 폭발로 이어질 수 있다.
환기공기는 질소 78%, 산소 21%, 그리고 이산화 탄소 0.035%로 이루어져 있다. 이산화 탄소는 해로운 화합물로 분류되지는 않지만, 농도가 0.5% 이상이 되면 호흡이 가빠지고 두통이 생기며 심할 경우 의식을 잃을 수도 있다. 드라이아이스는 쉽게 승화되어 다량의 이산화 탄소가 만들어지므로 환기가 잘 되는 장소에 보관해야 한다. 특히 이산화 탄소는 공기보다 무거워서 바닥에 농축될 수 있으므로 주의하여야 한다.
참고 문헌
1. Thilorier (1835). 'Solidification de l'Acide carbonique'. Comptes rendus (in French). 1: 194–196. See also: 'Solidification of carbonic acid,' The London and Edinburgh Philosophical Magazine, 8 : 446–447 (1836).
2. The Trade-mark Reporter. United States Trademark Association. 1930. ISBN 1-59888-091-8.
3. http://dryiceinfo.com/
4. http://the-iceman.com/dry-ice/dry-ice-uses/
5. Treloar, Roy D. (2003). Plumbing Encyclopaedia (3rd ed.). Wiley-Blackwell. p. 175. ISBN 978-1-4051-0613-9 . Retrieved 2009-07-31.
[네이버 지식백과] 드라이아이스 [dry ice] (화학백과)
[ dry ice ]
고체 형태의 이산화 탄소(CO2)를 드라이아이스라고 한다. 압력이 1 기압일 때 드라이아이스는 -78.5 °C에서 기체로 승화되며, 다양한 용도의 냉매로 사용된다. 특히 드라이아이스는 부산물을 남기지 않기 때문에, 육류나 아이스크림 같은 냉동 및 냉장 식품을 보관하고 운반하는 데 편리하다.
드라이아이스는 높은 압력으로 이산화 탄소를 액화시킨 다음 급격히 팽창시켜 만든다. 1835년 프랑스의 발명가 틸로리에(Adrien-Jean-Pierre Thilorier)가 드라이아이스의 생성을 처음으로 관찰하였다.1) 1925년 미국의 DryIce라는 회사에서 드라이아이스를 공업적으로 생산하기 시작하면서 '드라이아이스(Dry ice)라는 이름으로 불리게 되었다.2) 드라이아이스는 얼음보다 온도가 매우 낮으며 냉각 효율이 훨씬 높은 냉매로 식품 보관에 매우 유용하다. 하지만 피부에 직접 접촉하면 (동상에 의한) 화상을 입을 수 있으므로 취급에 주의하여야 한다.
드라이아이스 (출처)
목차
특성
드라이아이스는 무색의 고체로 물에 녹아 탄산(H2CO3)을 만든다. 그 밀도는 1.4~1.6 g/cm3이며, 대기압에서는 액체 상태를 거치지 않고 기체가 된다(승화).
CO2의 삼중점은 5.13 atm, -56.4 °C로 압력이 5.13 atm 보다 낮으면 액체 상태를 거치지 않고 기체에서 고체(석출, deposition) 또는 고체에서 기체로(승화, sublimation) 변한다. 아래 상도표에서 볼 수 있는 것처럼 압력이 1 atm(1.013 bar)이면 드라이아이스는 -78.5 °C에서 고체에서 기체로 승화된다.
이산화 탄소의 상도표(출처)
드라이아이스는 냉매로서의 특성이 매우 우수하다. 얼음보다 온도가 매우 낮으며 냉각 효율이 2~3배 더 높고, 승화 과정에서 부산물을 남기지 않는다. 드라이아이스는 일반적인 아이스박스 속에서 24시간 동안 3~5 kg정도 승화된다.3) 따라서 식품의 포장 및 이동에 드라이아이스를 냉매로 사용할 때에는 이와 같은 점을 고려해야 한다.
드라이아이스의 제조
드라이아이스는 30 기압에서 액체 이산화 탄소로부터 제조된다. 기체 이산화 탄소는 높은 압력에서 냉각시키면 액화된다. 액체 CO2를 팽창 밸브를 통해 비어있는 용기 속으로 팽창시키면 기화하면서 온도가 급격히 낮아진다. 기체의 46% 정도는 분말 형태 드라이아이스로 만들어진다. 나머지 기체는 배출시키거나 회수하여 재사용한다. 드라이아이스 분말을 압축하면 필요한 용도에 따라 다양한 형태의 덩어리 드라이아이스로 만들 수 있다. 드라이아이스를 강하게 압축하여 밀도를 높이면, 취급이 쉽고 더 오래 사용할 수 있다.
또한 CO2 가스 실린더와 눈나팔(snow horn)을 이용하면 실험실에서 드라이아이스를 제조할 수 있다. CO2 가스 실린더를 눈 나팔에 연결한 후 나일론이나 삼베 주머니를 통해 CO2를 방출시키면 줄-톰슨(Joule-Thomson) 팽창때문에 온도가 급격히 낮아지면서 드라이아이스 분말이 만들어진다.
일상생활에서의 이용식품의 보관 및 운송 - 드라이아이스는 냉동 및 냉장 식품의 보관 및 운송에 가장 많이 사용된다. 특히 육류, 생선, 아이스크림 같은 식품의 포장 및 운반에 매우 유용하다. 또한, 육류를 다진 고기나 소시지로 가공할 때, 부패 방지를 위해 사용된다. 곡물 창고에 드라이아이스가 들어 있는 용기를 설치하고 창고 윗부분에 작은 환기구를 설치하면, 박테리아, 곰팡이, 벌레가 곡물에 생기는 것을 방지할 수 있다.4)
공연장에서의 안개 효과 - 드라이아이스를 뜨거운 물에 넣으면 승화 속도가 빨라지면서, 연기 같은 짙은 안개구름이 바닥에 깔리며 만들어진다. 이 효과를 이용한 연무기는 극장, 유령의 집, 나이트클럽 등에서 극적인 효과를 나타낼 때 사용된다. 드라이아이스를 이용한 연무기로 만든 안개는 농도가 매우 짙고 바닥에 깔리기 때문에 효과를 극대화할 수 있다.
드라이아이스를 물에 넣으면 만들어지는 안개 (출처)
방충 및 방제 - 옷과 드라이아이스를 함께 비닐백에 넣어두면 드라이아이스의 훈증 효과로 좀벌레와 유충을 박멸할 수 있다. 또한 드라이아이스를 모기나 진드기 덫으로 사용할 수 있다. 모기나 진드기는 사람이 내쉬는 숨 속에 들어있는 적은 양의 CO2를 감지하고 모여든다. 드라이아이스가 승화될 때 사람 1000명이 내쉬는 정도의 CO2가 방출되므로 모기나 진드기를 쉽게 유인하여 잡을 수 있다.
배관 공사 - 수도관 누수가 있을 때 드라이아이스로 관을 얼려 누수를 막을 수 있다. 이 방법은 주 밸브를 잠그지 않고 부분적으로 물을 차단하고 수도관을 수리할 때 매우 유용하며, 지름이 100 mm인 관까지 사용할 수 있다.5) 또한 드라이아이스로 연결관을 일시적으로 수축시킬 수 있으므로, 두 관을 끼워 연결할 때 유용하다.
탄산수 제조 - 드라이아이스를 용액에 넣으면 CO2 기체가 발생하며 액체 속에 녹는다. 소다수나 탄산수를 이런 방법을 통해 제조한다.
산업에서의 이용드라이아이스 분사 세척 - 산업에서 이산화 탄소를 가장 많이 이용하는 분야는 드라이아이스를 이용하는 장비 세척이다. 제트 노즐과 압축 공기를 이용하여 작은 알갱이 형태의 드라이아이스를 분사하여 장비를 세척할 수 있다. 드라이아이스에 의해 장비 표면의 온도가 매우 낮아지면서 표면에 붙어있는 기름, 잉크, 접착제, 페인트, 흙, 고무 등이 쉽게 떨어진다. 모래, 스팀, 물, 솔벤트 등을 이용한 분사 세척보다 그 효과가 우수할 뿐만 아니라, 세척 후 잔여물이 남지 않기 때문에 매우 유용하다.
NASA의 엔지니어들이 제임스웹 우주 망원경에 들어갈 금으로 코팅된 거울을 드라이아이스 분말로 세척하고 있다. (출처)
아스팔트 냉각 - 아스팔트 시공 후 드라이아이스로 뜨거운 아스팔트를 식히면 도로포장 시간을 단축할 수 있다.
실험실에서의 이용냉매 - 드라이아이스와 적당한 용매를 혼합하면 시료를 원하는 온도로 냉각할 수 있다. 아세톤에 드라이아이스를 넣으면 -78°C 냉각 조를 만들 수 있다.
학교에서의 과학 실험 - 드라이아이스는 초중등학교에서 할 수 있는 흥미롭고 창의적인 다양한 과학실험에 이용될 수 있다. 화산 실험, 안개상자 실험, 드라이아이스 폭탄, 혜성 실험, 베이킹소다 만들기, 기체 팽창 등의 과학 실험에 드라이아이스가 사용된다.
드라이아이스의 안전한 취급법
드라이아이스 온도는 -78.5 °C로 매우 낮다. 따라서 드라이아이스를 취급할 때에는 보호복, 장갑, 보안경을 착용해야 한다. 드라이아이스를 잠깐 만지는 것은 괜찮지만, 장시간 피부에 접촉하면 동상으로 피부가 손상될 수 있다. 드라이아이스에 의해 화상과 유사한 피부 손상이 생길 수 있다. 물집이 생기거나 피부가 벗겨지면 전문적인 치료를 받아야 한다.
보관드라이아이스는 승화 속도를 늦추기 위해 단열 용기에 보관한다. 그러나 밀폐된 용기에는 보관하면 안 된다. 드라이아이스가 승화하여 만들어진 이산화 탄소로 용기의 압력이 높아지면 용기의 폭발로 이어질 수 있다.
환기공기는 질소 78%, 산소 21%, 그리고 이산화 탄소 0.035%로 이루어져 있다. 이산화 탄소는 해로운 화합물로 분류되지는 않지만, 농도가 0.5% 이상이 되면 호흡이 가빠지고 두통이 생기며 심할 경우 의식을 잃을 수도 있다. 드라이아이스는 쉽게 승화되어 다량의 이산화 탄소가 만들어지므로 환기가 잘 되는 장소에 보관해야 한다. 특히 이산화 탄소는 공기보다 무거워서 바닥에 농축될 수 있으므로 주의하여야 한다.
참고 문헌
1. Thilorier (1835). 'Solidification de l'Acide carbonique'. Comptes rendus (in French). 1: 194–196. See also: 'Solidification of carbonic acid,' The London and Edinburgh Philosophical Magazine, 8 : 446–447 (1836).
2. The Trade-mark Reporter. United States Trademark Association. 1930. ISBN 1-59888-091-8.
3. http://dryiceinfo.com/
4. http://the-iceman.com/dry-ice/dry-ice-uses/
5. Treloar, Roy D. (2003). Plumbing Encyclopaedia (3rd ed.). Wiley-Blackwell. p. 175. ISBN 978-1-4051-0613-9 . Retrieved 2009-07-31.
[네이버 지식백과] 드라이아이스 [dry ice] (화학백과)