یخ خشک

یخ خشک (به انگلیسی: Dry ice)و با نام تجاری جیرنرایزد (به انگلیسی: Genericized) دی اکسید کربن جامد است. این ماده معمولاً به عنوان عامل سرد کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد. یخ خشک عالی با فشردن مستقیم گاز اتمسفر در دمای ثابت ۷۸٫۵ درجه سانتیگراد زیر صفر از حالت گاز به مایع تبدیل می‌شود. آنتالپی چگالش در ۷۸٫۵ درجه سانتیگراد زیر صفر ۱۹۹ کیلوژول بر کیلوگرم است. تولید یخ خشک برای پایین آوردن و سرد کردن موثر است.

محتویات

 [نهفتن

خواص [ویرایش]

نمودار فاز کربن دی اکسید
ساختار کریستالی یخ خشک

پیشینه [ویرایش]

در سال ۱۸۳۵ م شیمی‌دانی از کشور فرانسه به نام چارلز ایلوزیر برای نخستین بار یخ خشک را کشف کرد. او در آن دوران به نتایج و کاربردهایی دربارهٔ یخ خشک رسید که ۶۰ سال بعد توسط دانشمندان آزمایش و مشاهده شد.

تولید [ویرایش]

تولید یخ خشک بی‌رنگ (مرغوب) با فشرده کردن گاز دی اکسید کربن (CO۲) امکان پذیر است. روش‌های تولید یخ خشک به طور خلاصه به ترتیب زیر است: ۱. گاز دی اکسید کربن خالص را زیر فشار و سرما قرار می‌دهند تا به مایع تبدیل شود.

۲. در هنگام فشرده کردن مقداری از دی اکسید مایع تبخیر می‌شود و با پایین آمدن درجه حرارت دی اکسید کربن مایع، مقدار باقی مانده در نهایت به طور کامل از مایع به جامد تبدیل می‌شوند.

۳. در نهایت دی اکسید کربن جامد را که فشرده و جامد شده‌است با قالبهای کوچک یا بزرگ مکعبی، یخ خشک را بسته بندی می‌کنند. استانداردهای این قالب‌های مکعبی تقریبا ۳۰ کیلوگرم است.

کاربرد [ویرایش]

کاربردهای آن عبارت‌اند از:

1- استفاده برای سرد سازی بدون یخچال در موارد پزشكی، صنایع هوایی و... برای انتقال مواد خاص 2- استفاده برای جلوه‌های ویژه و ایجاد مه یا بخار 3- استفاده در آزمایشگاهها و مراكز علمی 4- صنعت روغن 5- ذخیره مواد غذایی 6- صنعت پخت نان 7- كندن سرامیك از كف 8- پایین بردن دما در واكنش‌های شیمیایی 9- تهیه نوشابه 10 پزشكی 11- انتقال گیاهان 12- رشد گیاهان 14- كند كردن واكنشهای شیمیایی 15- عامل تولید فشار 17-انقباض فلزات جهت فیت شدن 18-چاه‌های آب 19-جذب كننده مگس ها و حشرات موذی 20-از یخ خشک برای باران‌زا کردن ابرها استفاده می‌شود. 21-و ...

طرز تهیه یخ خشک [ویرایش]

برای ساختن یخ خشک لازم نیست وسایل سرمایش قوی داشته باشیم. تنها کافی است دی اکسید کربن (با فشار بالا) داشته باشیم. مثلا اگر کپسولی از CO۲ با فشاری در حدود حداقل 75 بار و دمای حدود 31 درجه سانتیگراد داشته باشید، چنانچه آنرا برعکس کنید طوری که شیر خروجی آن در پایین قرار گیرد و سپس شیر را باز کنید, CO۲ به صورت یخ خشک از آن خارج می‌شود. علت این پدیده فرآیند اختناق یا خفگی است که در آن چنانچه فشار سیالی به صورت ناگهانی کم شود دمای سیال نیز کم می‌شود (البته بسته به مقدار ضریبی به نام ضریب ژول-تامسون). از همین پدیده در یخچال برای خنک کردن گاز سرد کننده استفاده می‌شود.

کاربرد یخ خشک برای تولید باران [ویرایش]

باروری ابرها بوسیله یخ خشک بطور ناگهانی در آزمايشگاه جنرال الکتریک در نیویورک کشف شد. در 1946 شمیدانی به نام ونسان شافر برفی را در نزدیکی شهر نیویورک، با تزریق 6 پوند یخ خشک بوسیله هواپیما به ابرها ایجاد کرد. از آن موقع بارور کردن ابرها به این روش برای تولید باران استفاده شد و در چین برای کاهش آلودگی هوا در زمان برگزاری المپیک 2008 مورد استفاده قرار گرفت. شاید بتوان این تهمت را نیز به این روش زد که آن نوعی دزدی باران باشد. در ویتنام ارتش آمريکا از این روش برای افزایش بارانهای موسمی با شعار ' گل تولید کنید نه جنگ ' استفاده شد. از دی اکسید کربن مایع برای از بین بردن مه در فرودگاهها مورد استفاده قرار می‌گیرد. روسیه از روش بارور کردن ابرها برای ایجاد باران برای دور کردن ذرات رادیو اکتیو از اطراف مسکو استفاده می‌کند.

بارور کردن ابر ها بهمن 1390

با رسيدن دما به 12 درجه، هوا از بخار آب اشباع مي‌شود. اگر سرد شدن ادامه يابد، ميزان بخار اضافه برميزان مورد نياز براي حفظ حالت اشباع، به قطرات ابر تبديل مي‌شوند.

قطرات ابر در اطراف هسته‌هاي ميعان ابر به‌وجود مي‌آيد. ذرات ميكروسكوپي معلق در جو كه نسبتا بزرگ و جذب‌كننده هستند، براي هسته‌هاي ميعان ابر، مناسب‌ترند.

بهترين روش براي بارور كردن ابرها، افزايش اين هسته‌هاي ميعان در ابر است. در باروري مصنوعي ابر، عامل باروركننده برحسب دماي ابر تفاوت دارد. در ابرهاي سرد (دماي ابر زير صفر درجه) از يخ خشك و نقره يدید استفاده مي‌شود و در ابرهاي گرم(دماي ابر بالاي صفر درجه) از قطرات آب و نمك طعام استفاده مي‌شود.

روش‌هاي باروري ابرها

براي باروري ابر از 2روش هوايي و زميني استفاده مي‌شود. روش هوايي، بيشتر مناسب براي فصل تابستان است كه به 3 طريق باروري در پايه ابر، باروري درون ابر و باروري تاج ابر صورت مي‌گيرد. البته در مناطق كوهستاني، درفصل زمستان هم مي‌توان از روش باروري زميني استفاده كرد.

در روش هوايي، مواد لازم براي توليد هسته‌هاي ميعان را با استفاده از هواپيما به ابر تزريق مي‌كنند. بعد از شلیك گلوله حامل یدید نقره توسط هواپیما یا راكت به داخل ابر، حدود ۴۵ تا ۵۰ دقیقه بعد، ابر شروع به باریدن می كند.

این مدت، زمانی است كه ابر از مكانی كه برای باریدن در نظر گرفته شده، فاصله می‌گیرد. براي همين مكان تزريق اين مواد بايد به دقت انتخاب شود تا با محل مورد نياز باران، درلحظه بارش تطبيق پيداكند. آب بارانی كه از این روش به‌دست می‌آید، مقداری نیترات به‌همراه دارد كه اضافه‌شدن آن به خاك، باعث حاصلخیزترشدن خاك می‌شود.

در ايران از 2روش براي باروركردن ابرها استفاده مي‌شود كه يكي روش باروري قله ابر و ديگري باروري درون ابر است. براي باروري قله ابر از گلوله‌هاي پرتابي نقره یدید استفاده مي‌شود. اين روش بر روش‌هاي ديگر ترجيح دارد.

چون هنگام اجراي عمليات، مي‌توان ابر و محل مناسب آن را ديد و عامل باروري، سريع‌تر و با دقت بيشتر به ابر تزريق مي‌شود. روش ديگر در كشورمان، تزريق افقي نيتروژن مايع است. اين دو روش عملكردهاي متفاوتي دارند.

گلوله‌هاي نقره یدید  پرتابي، هسته‌هاي يخي مصنوعي را وارد منطقه فوق سرد ابري مي كنند و نيتروژن مايع با ايجاد سرمايش شديد در ابر، از بخار آب وآب فوق سرد هسته‌هاي يخي توليد مي‌كند.

تاکنون تحقيقات وسيعي در مورد تاثيرات زيست محيطي باروري ابرها صورت گرفته است .چون در اين برنامه بيشتر از نقره یدید استفاده مي‌شود، لذا بر تاثير اين ترکيب مطالعات بيشتري مي‌شود.

نقره یدید جزء مواد سمي نيست و چون در آب غيرقابل حل است، مسموميت ايجاد نمي‌کند. غلظت نقره یدید در آب باران ناشي از عمليات باروري ابرها، بين  2   تا 48 واحد در تريليون گزارش شده  است درحالي که اين مقدار کمتر از يک هزارم ميزان مجاز در آب آشاميدني است.

در هر عمليات باروري از مقدار ناچيزي نقره یدیداستفاده مي‌شود و تحقيقات در دنيا، هيچ گونه عوارض زيست محيطي را نشان نداده‌است. در روش نيتروژن مايع هم چون نيتروژن پس از انتشار در هوا، به سرعت تبديل به گاز مي‌شود، هيچ گونه آلودگي ايجاد نمي‌کند.

بارورسازي ابرهاي كوهساري

هواي مرطوب، موقع صعود از كوه‌ها سرد مي‌شود و ابرها تشكيل مي‌شوند. اينها، ابرهاي كوهساري هستند. بيشتر اين ابرها ذرات يخ كافي براي تبديل قطرات ابر سرد به باران را ندارند.

بارورسازي اين نوع ابرها با استفاده از مواد مصنوعي، باعث افزايش كارايي بارندگي مي‌شود. زمان تأثير مواد باروري 20 تا 40 دقيقه بعد از تزريق است و باتوجه به سرعت و حرکت ابر، در فاصله حدود 50-40 کيلومتري محل تزريق اثرات بارورسازي نمايان مي‌شود.

بارورسازي ابرهاي  همرفتي

ابرهاي همرفتي در بارندگي تابستاني در سراسر جهان نقش مهمي دارند و منبع عمده بارش در مناطق حاره‌اي هستند. باروري ابرهاي همرفتي، بسيار پيچيده‌تر از ابرهاي زمستاني كوهساري است.

بارورسازي ابرهاي همرفتي با هسته‌هاي ميعان بزرگ امكان پذير است؛ اما از آنجايي كه ميزان مواد مورد نياز زياد است، اين روش به ندرت عملي است. اگر شرايط مناسب باشند، ابرهاي همرفتي مي‌توانند تحريك شوند تا اينكه بيشتر رشد كرده و دوام طولاني‌تري داشته‌باشند.

تحقيقات نشان مي‌دهد وارد كردن نقره یدید يا يخ خشك به قسمت‌هاي سرد يك ابر سبب انجماد قطرات مي شود.  در اثر انجماد گرماي نهان انجماد به مقدار زيادي آزاد شده، گرماي آزاد شده شناوري ابر را بيشتر كرده و سبب مي‌شود ابر بيشتر رشد كند

پاشيدن مواد ميعان‌زا

از ژنراتورهاي زميني و هواپيما به قطعات ابر همرفتي، باعث آزاد شدن گرماي نهان انجماد قطرات آب شده و اين گرما باعث شناوري بيشتر ابر و رشدكردن زياد آن مي‌شود، براي همين، كنترل ‌كردن بارورسازي اين ابرها بسيار پيچيده‌تر است.