Sıvı nitrojen - Liquid nitrogen

Sıvı nitrojen
2013 yılında Çevrimiçi Haber Derneği konferansı sırasında Atlanta, Georgia'daki Freeside maker alanında sıvı nitrojen gösterimi
Ev yapımı hazırlanması Öğrenci dondurma , bir ile Dewar sıvı azot.

Sıvı nitrojenLN 2 — düşük sıcaklıkta sıvı haldeki nitrojendir . Sıvı nitrojen yaklaşık -195.8 °C (−320 °F; 77 K) bir kaynama noktasına sahiptir. Endüstriyel olarak sıvı havanın fraksiyonel damıtılmasıyla üretilir . Soğutucu olarak yaygın olarak kullanılan renksiz, düşük viskoziteli bir sıvıdır.

Fiziki ozellikleri

N atomlu karakteri 2 molekül sonra da baki kalmaktadır sıvılaşma . K arasında Waals etkileşimine der zayıf van 2 çok düşük kendini küçük etkileşmeleri moleküller sonuçlar, kaynama noktası .

Sıvı nitrojenin sıcaklığı, bir vakum pompasıyla pompalanan bir vakum odasına yerleştirerek, donma noktası −210 °C'ye (−346 °F; 63 K) kolayca düşürülebilir . Sıvı nitrojenin bir soğutucu olarak etkinliği, daha sıcak bir nesneyle temas ettiğinde hemen kaynaması ve nesneyi yalıtkan bir nitrojen gazı kabarcıkları katmanıyla sarması gerçeğiyle sınırlıdır. Leidenfrost etkisi olarak bilinen bu etki, herhangi bir sıvı, kaynama noktasından önemli ölçüde daha sıcak olan bir yüzeyle temas ettiğinde ortaya çıkar. Bir nesneyi tek başına sıvı nitrojen yerine sıvı ve katı nitrojen karışımına daldırarak daha hızlı soğutma elde edilebilir .

Taşıma

Canlı dokuyu hızla donduran bir kriyojenik sıvı olarak , taşınması ve depolanması ısı yalıtımı gerektirir . Sıvının yavaş kaynamasıyla sıcaklık 77 K'de sabit tutularak vakumlu şişelerde saklanabilir ve taşınabilir . Boyut ve tasarıma bağlı olarak, termosların bekleme süresi birkaç saatten birkaç haftaya kadar değişir. Basınçlı süper yalıtımlı vakumlu kapların geliştirilmesi, sıvı nitrojenin daha uzun süreler boyunca depolanmasını ve taşınmasını mümkün kıldı ve kayıplar günde %2'ye veya daha azına düşürüldü.

kullanır

Sıvı nitrojen, basınçlandırma gerektirmediğinden kompakt ve kolayca taşınabilen bir kuru nitrojen gazı kaynağıdır. Ayrıca, suyun donma noktasının çok altındaki sıcaklıkları muhafaza etme kabiliyeti , onu geniş bir uygulama yelpazesinde, özellikle açık çevrimli bir soğutucu akışkan olarak son derece kullanışlı hale getirir :

Mutfakla ilgili

Sıvı nitrojenin mutfakta kullanımı, Bayan Agnes Marshall tarafından kaleme alınan Fancy Ices adlı 1890 tarihli bir tarif kitabında belirtilmiştir , ancak daha yakın zamanlarda restoranlar tarafından dondurma gibi dondurulmuş tatlıların hazırlanmasında kullanılmıştır. yiyecekleri soğutma hızı nedeniyle masada anlar. Soğutmanın hızı, tatlıya daha yumuşak bir doku sağlayan daha küçük buz kristallerinin oluşumuna da yol açar. Teknik, restoranı The Fat Duck'ta yumurta ve domuz pastırması dondurması gibi donmuş yemekler yapmak için kullanan şef Heston Blumenthal tarafından kullanılıyor . Sıvı nitrojen kokteyllerin hazırlanmasında da popüler hale geldi çünkü bardakları hızlı bir şekilde soğutmak veya malzemeleri dondurmak için kullanılabilir. Ayrıca sıvı nitrojenin küçük damlacıklarının çevredeki havayla temas etmesi ve doğal olarak mevcut olan buharı yoğunlaştırmasıyla oluşan dumanlı bir etki yaratmak için içeceklere eklenir.

Menşei

Azot ilk olarak 15 Nisan 1883'te Jagiellonian Üniversitesi'nde Polonyalı fizikçiler Zygmunt Wróblewski ve Karol Olszewski tarafından sıvılaştırıldı .

Emniyet

Bir depolama tankından sıvı nitrojen Dewar doldurma

20 °C'de (68 °F) nitrojenin sıvı-gaz genleşme oranı 1:694 olduğundan, sıvı nitrojen kapalı bir alanda buharlaştırılırsa muazzam miktarda kuvvet üretilebilir. 12 Ocak 2006'da Texas A&M Üniversitesi'nde meydana gelen bir olayda, bir sıvı nitrojen tankının basınç tahliye cihazları arızalandı ve daha sonra mühürlendi. Müteakip basınç artışının bir sonucu olarak, tank feci bir şekilde arızalandı. Patlamanın gücü, tankı hemen üstündeki tavandan itmeye, hemen altındaki betonarme kirişi kırmaya ve laboratuvarın duvarlarını temellerinden 0.1-0.2 m havaya uçurmaya yeterliydi.

Son derece düşük sıcaklığı nedeniyle, sıvı nitrojen ve onun tarafından soğutulan herhangi bir nesnenin dikkatsiz kullanımı soğuk yanıklarına neden olabilir . Bu durumda işlem sırasında özel eldivenler kullanılmalıdır. Bununla birlikte, Leidenfrost etkisinden dolayı küçük bir sıçrama veya hatta aşağı dökülen cilt hemen yanmaz , buharlaşan gaz, sıcak bir elemente ıslak bir parmakla çok kısa bir süre dokunmak gibi bir dereceye kadar termal olarak yalıtır. Sıvı nitrojen herhangi bir yerde birikmeyi başarırsa ciddi şekilde yanacaktır.

Sıvı nitrojen buharlaştıkça havadaki oksijen konsantrasyonunu azaltır ve özellikle kapalı alanlarda boğucu olarak hareket edebilir . Azot kokusuz, renksiz ve tatsızdır ve herhangi bir duyum veya önceden uyarı olmaksızın asfiksi üretebilir .

Oksijen sensörleri , çalışanları kapalı bir alana gaz sızıntıları konusunda uyarmak için sıvı nitrojen ile çalışırken bazen bir güvenlik önlemi olarak kullanılır.

Sıvı nitrojen içeren kaplar havadaki oksijeni yoğunlaştırabilir . Böyle bir kaptaki sıvı, nitrojen buharlaştıkça oksijence (kaynama noktası 90 K; −183 °C; -298 °F) giderek zenginleşir ve organik materyalin şiddetli oksidasyonuna neden olabilir.

Sıvı nitrojenin yutulması, onunla temas eden dokuların donması ve sıvının vücut ısısıyla ısıtılmasıyla açığa çıkan gaz halindeki nitrojenin hacmi nedeniyle ciddi iç hasara neden olabilir. 1997 yılında, sıvı nitrojeni ağzında tutarak Leidenfrost etkisini gösteren bir fizik öğrencisi yanlışlıkla maddeyi yuttu ve neredeyse ölümcül yaralanmalara neden oldu. Görünüşe göre bu, sıvı nitrojen alımının tıbbi literatürdeki ilk vakasıydı. 2012'de İngiltere'de genç bir kadın, sıvı nitrojenle yapılan bir kokteyli yuttuktan sonra midesini aldırdı. Ocak 2021'de ABD'nin Georgia eyaletinde bir kümes hayvanı işleme tesisinde sıvı nitrojen taşıyan bir hat kopmuş, altı kişi ölmüş, 11 kişi de yaralanmıştı.

Üretme

Sıvı azot ticari olarak üretilir kriyojenik damıtma arasında sıvılaştırılmış hava kullanarak veya havadan elde edilen saf azotun sıvılaştırılması gelen basınç salınımlı yüzerme . Filtrelenmiş havayı yüksek basınca sıkıştırmak için bir hava kompresörü kullanılır; yüksek basınçlı gaz, ortam sıcaklığına geri soğutulur ve düşük bir basınca genleşmesine izin verilir. Genişleyen hava büyük ölçüde soğur ( Joule-Thomson etkisi ) ve oksijen, nitrojen ve argon daha ileri genleşme ve damıtma aşamalarıyla ayrılır. Küçük ölçekli sıvı nitrojen üretimi, bu ilke kullanılarak kolayca elde edilir. Sıvı nitrojen, doğrudan satış için veya çelik üretimi gibi endüstriyel işlemler için kullanılan sıvı oksijen üretiminin bir yan ürünü olarak üretilebilir . Günlük ton ürün mertebesinde üretim yapan sıvı-hava santralleri 1930'larda yapılmaya başlanmış, ancak İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra çok yaygınlaşmış; büyük bir modern tesis 3000 ton/gün sıvı hava ürünü üretebilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar