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드라이아이스
드라이아이스(Dry Ice)는 이산화 탄소를 냉각시킨 고체 이산화 탄소이다. 승화하기 때문에 물이 나오지 않는다는 것이 마른 얼음(dry+ice)과 같다는 뜻에서 '드라이아이스'라는 이름이 붙었다.
목차
개요
드라이아이스는 이산화탄소를 냉각시킨 고체 이산화탄소이다. 일반적으로 보냉제나 냉각제로 사용된다. 드라이아이스는 승화하며 고체 상태에서 바로 기체로 변화한다. 드라이아이스의 승화점은 -78.5 °C (-109.3 °F)이며, -78.5 °C에서의 기화열(ΔHsub)은 571 kJ/kg이다. 기체의 승화와 낮은 온도가 갖추어지면 얼음보다 차갑고 상태가 변화할 때 수분을 남기지 않아 드라이아이스는 효과적인 냉각제가 된다. 드라이아이스가 물 속에서 이산화탄소로 승화가 이루어질 때, 물에서 나오는 흰 안개를 이산화탄소로 오인하는 경우가 많지만 사실은 응결된 수증기다.
역사
드라이아이스는 1835년 프랑스 화학자 샤를 틸로리에(Charles Thilorier) (1790–1844)가 처음 발견하였으며, 샤를 틸로리에는 드라이아이스 물질에 대한 기록을 최초로 발표하였다. 샤를 틸로리에의 실험에서 액체 이산화탄소가 들어있는 큰 실린더의 뚜껑을 열었을 때, 대부분의 액체 이산화탄소가 빠르게 증발한다는 사실이 밝혀지게 되었다.
성질
이산화탄소의 승화점은 1기압에서 섭씨 -78.5도이며, 이는 곧 드라이아이스의 겉표면이 매우 차갑다는 증거이다. 아이스크림 가게 같은 데서 꽤 쉽게 구할 수 있어서 일상에서 접할 수 있는 물질 중에서는 가장 낮은 온도다.
드라이아이스를 상온에 두면 승화되어 기체 상태의 이산화탄소가 된다. 이산화탄소는 무색무취이며, 드라이아이스의 주변에 하얀 김이 생기는 것은 대기 중의 수증기가 응결되어 액체 상태의 물로 변하기 때문이다.
드라이아이스에서 발생한 이산화탄소 기체를 들이마시면 어지럼증이나 호흡곤란의 증세가 발생할 위험성이 있다. 실제 러시아에서 파티 분위기 낸답시고 수영장에 드라이아이스를 들이부었다가 질식 사망자가 나온 사례도 있다.
드라이아이스에 금속류가 닿으면 드라이아이스가 승화되며 생기는 차가운 이산화 탄소 기체가 열전도율이 높은 금속 표면을 진동시켜 금속이 진동하며 시끄러운 소리를 낸다.
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.
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. 따라서 식품의 포장 및 이동에 드라이아이스를 냉매로 사용할 때에는 이와 같은 점을 고려해야 한다.
용도
일상생활에서 이용
- 식품의 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.
- 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.
- 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 이용
- 드라이아이스 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.
- 아스팔트 냉각 - 아스팔트 시공 후 드라이아이스로 뜨거운 아스팔트를 식히면 도로포장 시간을 단축할 수 있다.
실험실에서의 이용
- 냉매 - 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
취급 시 주의사항
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.
보관
일반적으로 보관은 불가능하다. 냉동실에 넣어도 승화점이 -78.5℃라서 일반적인 양으로는 하루도 못 가서 전부 사라진다. 비닐에 담고 꽉 조여매면 비닐이 부풀어 내부 압력이 높아지면서 승화 속도가 최대한 늦춰지는데, 그 상태로 스티로폼 용기나 아이스박스에 담아두고 덮개로 덮어 단열 처리를 하면 그나마 오래 간다.
주의할 점은 드라이아이스를 보관하겠다고 페트병 등에 넣고 뚜껑을 닫으면 안 된다는 것이다. 병 내부의 기압이 너무 높아져서 폭발하거나, 뚜껑이 발사되듯 날아가거나, 뚜껑을 여는 순간 터지거나 한다. 어느 쪽이건 드라이아이스를 직접 만지는 것보다도 훨씬 심각한 부상을 입을 수 있으니 병에는 절대 밀봉하지 않는 것이 좋다.
보관하지 않고 없애려는 경우, 그냥 통풍이 잘 되는 곳에 놔두면 된다. 시간이 지나면 알아서 승화되어 사라져 있다.
환기
공기는 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.
구매방법
생각보다 쉽게 구할 수 있는 물건이다. 보통 얼음을 취급하는 배스킨라빈스 같은 아이스크림 가게에서 드라이아이스를 취급하긴 한다. 인터넷을 이용할 수도 있다.
- 인터넷
10kg에 2만 원, 30kg에 3만 원 정도에 팔고 있다. 배송 도중에도 승화되어 손실될 수 있으니 필요한 양보다 조금 더 많이 사는 게 좋다.
- 배스킨라빈스
파인트 이상 구매 시 넣어 주며, 336g에 최소 9,800원이다. 단, 아이스크림을 사면 드라이 아이스를 준다. 박찬욱 감독의 복수는 나의 것에서 장기밀매조직원이 장기 보관용 드라이아이스를 구하기 위해 아이스크림 케이크를 사는 장면이 유명. 배스킨라빈스에서 알바를 하면 새벽에 박스로 배달온 드라이아이스를 적절한 크기로 쪼개 두는 게 아침 일과 중 하나이다. 이마트몰 (단 NEO001,002에서 배송되는 경우만 해당) 냉동식품이나 아이스크림을 주문하면 드라이아이스를 넣어준다.
- 쿠팡
일부 신선배송 식품(로켓프레시)의 경우 드라이아이스가 박스에 딸려 오기도 한다. 주로 냉동 식품.
- 마켓컬리
일부 냉동 식품(아이스크림 등)의 경우 드라이아이스가 큰 크기로 딸려 오기도 한다. (단, 냉동 식품은 새벽배송만 되는 경우가 있음)
- 해외 대형마트
일본의 이온몰 등 일부 해외 대형마트에서는 냉동식품을 계산할 때 드라이아이스가 필요하냐고 물어보는데, 이 때 필요하다고 말하면 드라이아이스 머신에서 드라이아이스를 뽑을 수 있는 토큰을 준다. 이걸로 뽑으면 된다.
참고자료
같이 보기
