શુષ્ક બરફ (dry ice) : ઘન પ્રાવસ્થા (phase) રૂપે અસ્તિત્વ ધરાવતો કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ (CO2). તેને શુષ્ક બરફ નામ એટલા માટે આપવામાં આવ્યું છે કે ઘનનું ઊર્ધ્વીકરણ (sublimation) થઈ તે સીધો બાષ્પમાં ફેરવાતો હોઈ તે ભીનો (wet) લાગતો નથી. તે અવિષાળુ (nontoxic) અને અસંક્ષારક (noncorrosive) હોય છે અને ઘનમાંથી સીધો બાષ્પમાં ફેરવાય ત્યારે કોઈ અવશેષ બાકી રહેતો નથી. વાતાવરણના સામાન્ય દબાણે તે – 78.7° સે. તાપમાને ઊર્ધ્વીકરણ પામે ત્યારે તેની ઊર્ધ્વીકરણની ગુપ્ત ઉષ્મા 573.1 કિ.જૂ./કિગ્રા. હોય છે. આથી માંસ, આઇસક્રીમ જેવી સહેલાઈથી બગડી જતી વસ્તુઓના પરિવહન માટે તેનો ઉપયોગ થાય છે.
ગરમી આપવાથી ઘન કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ કેવી રીતે વર્તે છે તે દર્શાવતો P-H [દબાણ (P)એન્થાલ્પી (H)] આલેખ આકૃતિ 1માં આપ્યો છે.
આકૃતિ 1 : S = ઘન, L = પ્રવાહી, V = બાષ્પ
કાર્બન ડાયૉક્સાઇડની આ વર્તણૂક તેના ત્રિબિંદુ (triple point) ઉપર આધારિત છે. જો દબાણ ત્રિબિંદુ દબાણ (5.18 બાર) કરતાં ઓછું હોય તો ફક્ત બે જ પ્રાવસ્થા (ઘન અને બાષ્પ) અસ્તિત્વ ધરાવે છે. ગરમી આપવાથી ઘન CO2નું સીધું બાષ્પમાં થતું રૂપાંતર ઊર્ધ્વીકરણ કહેવાય છે. 1.013 બાર દબાણે આ ક્રિયા 78.6° સે. તાપમાને થાય છે.
શુષ્ક બરફ બનાવવાની પદ્ધતિ : આ પદ્ધતિમાં પ્રવાહી CO2ને ઊંચા દબાણેથી પ્રરોધ વાલ્વ(throttle valve)ની મદદથી વાતાવરણના દબાણ સુધી લાવવામાં આવે છે અથવા દબાણને ત્રિ-બિંદુ દબાણ(5.18 બાર)થી નીચેના દબાણે લાવવામાં આવે છે. સાદું આવર્તન નીચેની આકૃતિમાં બતાવ્યું છે :
આકૃતિ 2 : શુષ્ક બરફ
ઉપરની વ્યવસ્થા બાષ્પ-સંકોચન (vapour compression) જેવી જ છે. આ વ્યવસ્થામાં ફક્ત, સૂકા બરફથી દૂર કરેલા CO2ની પૂર્તતા કરવાની જોગવાઈ એ તફાવત છે. CO2ની બાષ્પને વાતાવરણના દબાણથી આશરે 60થી 70 બારના દબાણ સુધી સંકોચવામાં આવે છે. આ ઊંચા તાપમાનવાળી બાષ્પને ઠારકમાં ઠારી તેનું પ્રવાહીમાં રૂપાંતર કરવામાં આવે છે. બિંદુ 3 ઉપરનો પ્રવાહી CO2 પ્રરોધ વાલ્વમાં પસાર કરવામાં આવે છે. આથી તેનું દબાણ ઘટી વાતાવરણના દબાણ સુધી નીચું આવે છે. આ પ્રસરણને કારણે થોડા ઘન CO2નું – 78.7° સે. તાપમાને હિમ (snow) રૂપે વીજવેગી અલગન (સ્ફુર અલગન, flash separation) થાય છે, જે છિદ્રાળુ હોય છે. તેને પ્રસરણ કક્ષમાંથી દૂર કરી યાંત્રિક રીતે સંકોચન દ્વારા તેના 25 સેમી. x 25 સેમી. x 25 સેમી. માપનાં (23 કિગ્રા અથવા 50 પાઉન્ડ વજનનાં) ચોસલાં મેળવવામાં આવે છે. બિંદુ 5 આગળ શુષ્ક બરફ દૂર કરાય છે, જેને બરફ સંઘરવા માટેના ખંડમાં રાખવામાં આવે છે.
વ્યવહારમાં આ પદ્ધતિ કરતાં વધુ કાર્યદક્ષ પ્રણાલી (system) વપરાય છે; જેમાં એક દાબકની જગ્યાએ ત્રણ દાબકો અને બરફ માટેના એક અથવા બે ખંડનો ઉપયોગ થાય છે. આ પદ્ધતિથી વધુ માત્રામાં શુષ્ક બરફ બનાવવો શક્ય બને છે.
ફાયદા અને ગેરફાયદા (સાદા બરફની સરખામણીએ) :
ફાયદા : (1) પદાર્થોનો સંગ્રહ કરવા માટે નીચું તાપમાન શક્ય બને છે.
(2) તેના ગલનથી પ્રવાહી ઉત્પન્ન થતું ન હોઈ પ્રવાહીને દૂર કરવાનો પ્રશ્ર્ન ઉદ્ભવતો નથી.
(3) શીતનક્ષમતા (cooling capacity) માટે ઓછી જગ્યાની જરૂર પડે છે.
ગેરફાયદા : (1) ઉત્પાદનની કિંમત વધુ હોય છે.
(2) ખૂબ જ નીચું તાપમાન ઉત્પન્ન થતું હોઈ, શુષ્ક બરફને સાવચેતીપૂર્વક નિયત કરવાનું જરૂરી હોય છે.
ઉપયોગિતા : નાશવંત ખાદ્ય-પદાર્થોની ટૂંકા કે લાંબા ગાળા માટે જાળવણી તથા પરિવહન અથવા વિતરણ માટે શુષ્ક બરફનો ઉપયોગ થાય છે. આ ઉપરાંત કૃત્રિમ વરસાદ લાવવા માટે વિમાનમાંથી 1 સેમી. વ્યાસની ગુટિકા (pellets) રૂપે શુષ્ક બરફને અતિશીતિત (supercooled) વાદળના મથાળે છોડવામાં આવે છે. દરેક ગુટિકા તેની આસપાસની હવાને – 40° સે. સુધી ઠંડી કરી 1012 જેટલા સાદા બરફના નાના સ્ફટિકો ઉત્પન્ન કરે છે. આ સ્ફટિકો વાદળમાં પ્રસરી જાય છે, વૃદ્ધિ પામે છે, અને હિમતૂલ(snowflakes)માં સમુચ્ચયન પામે છે. વિમાનમથક (airport) ઉપર રાત્રિ દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ ધુમ્મસ(fog)ને દૂર કરવા પણ આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે.
કાર્બનિક રસાયણની સંશ્લેષણ પદ્ધતિઓમાં જ્યાં કાર્બન ડાયૉક્સાઇડનો ઉપયોગ નિર્જળ (શુષ્ક) પરિસ્થિતિમાં કરવો પડતો હોય ત્યાં કાર્બન ડાયૉક્સાઇડને પ્રથમ શુષ્ક કરીને વાપરવાને બદલે શુષ્ક બરફ સીધો જ વાપરી શકાય છે; ઉદા., કાર્બૉક્સિલિક ઍસિડનું સંશ્લેષણ :
RX + Mg → RMgX
ગ્રિગ્નાર્ડ પ્રક્રિયક
પ્રક્રિયક માત્ર નિર્જળ પરિસ્થિતિમાં જ સ્થાયી રહી શકે છે.
RMgX + CO2 → RCOOMgX
શુષ્ક બરફ
RCOOMgX + HCl → RCOOH + MgXCl
કાર્બૉક્સિલિક
ઍસિડ
(અહીં R એલિફૅટિક, ઍરોમેટિક કે વિષમચક્રીય સમૂહ હોઈ શકે.)
પ્રદીપ સુરેન્દ્ર દેસાઈ
જ. પો. ત્રિવેદી