國中理化告訴你:為什麼不該在派對上,將25公斤乾冰丟泳池?

  • 文/林祉均 就讀清大物理系的斜槓理工男,喜歡學習與嘗試新事物。目前對科學和翻譯有點上癮,看到 Netflix 上奇怪的字幕翻譯會皺眉頭。

日前俄國網紅 Katerina Didenko 在慶祝生日時,為了降低游泳池水溫並炒熱派對氣氛,將預先準備好的 25 公斤乾冰倒入池中。沒有想到,瞬間逸出的大量二氧化碳造成池中三人窒息身亡,其中包括 Katerina 本人的丈夫,另有多人受傷送醫。

乾冰是固態的二氧化碳,成本低廉,常用於冷卻或製造舞台效果,不過「乾冰中毒」的危害可是不容低估。究竟要多少的乾冰才會帶來如此致命的殺傷力,使用乾冰時又該注意什麼呢?

乾冰也能致死?別小看二氧化碳的威力

乾冰看起來華麗而無害,使用不當卻可能讓人缺氧而死。圖片來源/wikipedia

乾冰致死的意外其實不是第一次發生,勞動部網站甚至還因為某次競選活動中的意外,特別公告使用乾冰的注意事項,以及二氧化碳中毒的危險性。

乾冰昇華產生的二氧化碳會快速填充室內,只要濃度大於 10%,就會引發呼吸困難、噁心、嘔吐、數分鐘後精神恍惚,並在 15 分鐘內失去知覺。二氧化碳同時也會取代空氣中的氧氣,造成中毒昏迷的受害者缺氧而死。

另外,就算是較低濃度的二氧化碳,若是長期暴露也可能造成酸血症等慢性中毒症狀。許多產業的人員都因此面臨相關的風險,包括滅火器、發酵產品、碳酸飲料的製造商,以及廢水處理、礦業、漁業從業者等等。也難怪勞動部要特別提醒雇主留心工作環境的二氧化碳濃度了。

還原案發現場:大量二氧化碳滯留泳池表面

乾冰倒入後,水池表面瞬間煙霧迷漫。圖片來源/Youtube

回到這次的意外。從影片中可以看到水中的乾冰劇烈地昇華,變成低溫的氣態二氧化碳。池水快速冷卻之際,水面上也被鋪天蓋地的白霧籠罩。

二氧化碳就像大部分氣體一樣是無色的,因此這些白霧並非它本人。這些白霧是冰冷的二氧化碳造成空氣中水氣瞬間凝結而成,就像打開冰櫃時流瀉而出的霧氣一樣。

由於二氧化碳分子比空氣重,且冰冷的氣體密度較高,因此在沒有擾動或對流的情況下,這些霧氣和二氧化碳傾向留在低處,就像影片中這樣。相反的,燃燒或爆炸產生的煙霧會向上竄。因此電影或劇場在這些情境中使用乾冰煙霧就顯得相當不自然,需要使用特殊的煙霧製造機。

可以預想 25 公斤的二氧化碳,全部滯留在泳池表面,這樣的情況對池中的受害者是多麼危險。不過,究竟是多危險呢?我們可以用影片稍微估計一下當時的二氧化碳濃度。

多少乾冰會危險?讓我們算算看

警告:下方內容涉及國中理化。

即使娛樂效果十足,仍不建議在舉辦活動時使用大量乾冰。圖片來源/pexels

在某些拍攝角度可以發現,案發現場是個非常迷你的室內水池,而且完全密閉。假設房間的長寬高大約是 5x3x3=45 立方公尺,也就是 45,000 公升。由於初期二氧化碳都聚集在底部,因此我們考慮下半部的池面部分,寬鬆的當作是 20,000 公升。

在常溫常壓下,一莫耳的氣體占用 24.5 公升。不過別忘了理想氣體的體積和溫度成正比,剛昇華的二氧化碳溫度較低,假設是 23 公升好了。一莫耳的二氧化碳重 44 公克。也就是說,每 44 公克的二氧化碳就可以填滿 23 公升。掐指一算,只要 11 公斤的乾冰就能讓池面達到 30% 的二氧化碳濃度(!!!),造成立即失去意識的危險。

那麼二氧化碳濃度上升得有多快呢?這取決於乾冰的形狀大小和水溫等因素,相較之下比較難估計。此外,我們的估算也沒有考慮二氧化碳在房間中擴散的情形,而是聚焦在擴散作用不顯著、低溫二氧化碳聚集在池面的初期。不過就算 25 公斤的乾冰慢慢昇華,溫度上升後均勻擴散,最後依舊足以讓整個房間陷入 30% 的二氧化碳濃度。

儘管省略了許多因素,可以確定的是:在密閉空間使用如此大量的乾冰絕對不是個好主意,在車內或實驗室等場所都要特別注意。就算是競選造勢或演唱會的室外舞台,在無風的情況下也會在台前累積較高濃度的二氧化碳,千萬必須當心。

珍愛生命,慎用乾冰。

 


【七夕科禮】心心相吸 ♥︎Heng衡燈♥︎ 77折!


全新計畫《科學生線上學習平台》問卷募集中!填答就有機會獲得精美好禮!

關於作者

林祉均

清大理工男。不喜歡算數學。喜歡電影、龐克、和翻譯小說。不知道該把科普當興趣還是專長,但總之先做再說。

網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策