Что такое жидкий воздух кратко

Обновлено: 04.07.2024

Жидкий воздух имеет широкое практическое применение. В технике из него получают чистый кислород. Дело в том, что азот, имеющий более низкую критическую температуру, чем кислород ( см. таблицу в § 64), улетучивается из жидкого воздуха раньше кислорода. Поэтому через несколько дней в дьюаровском сосуде с жидким воздухом остается один кислород. Путем фракционного испарения жидкого воздуха получают также инертные газы, входящие в его состав: гелий, неон аргон, криптон, ксенон и радон. [2]

Жидкий воздух имеет при атмосферном давлении температуру - 180 С. При его испарении в первую очередь улетучивается аэдт и остается жидкий кислород. Таким путем можно отделить др г от друга основные составляющие атмосферного воздуха и использовать их для различных целей. Из чистых азота и водорода при повышенных давлениях на специальных катализаторах получают аммиак. Чистый кислород применяется в медицине, для автогенной сварки, для ускорения доменного процесса. Смешанный с органическими горючими жидкий кислород дает взрывчатые вещества, так называемые оксиликвиты, применяемые в горнорудной промышленности. [3]

Жидкий воздух представляет собой светлоголубую жидкость, непостоянную по составу. [4]

Жидкий воздух имеет при атмосферном давлении температуру - 180 С. При его испарении в первую очередь улетучивается азот и остается жидкий кислород. Таким путем можно отделить друг от друга основные составляющие атмосферного воздуха и использовать их для различных целей. Из чистых азота и водорода при повышенных давлениях на специальных катализаторах получают аммиак. Жидкий кислород применяется в медицине, для автогенной сварки, для ускорения доменного процесса. Смешанный с органическими горючими, он дает взрывчатые вещества, так называемые о к с и л и к в и т ы, применяемые в горнорудной промышленности. [5]

Жидкий воздух и кислород должны доставляться и храниться в лаборатории в металлических сосудах Дьюара. [6]

Жидкий воздух разливают в металлические сосуды Дьюара, принадлежащие потребителям. [7]

Жидкий воздух заставляют кипеть под уменьшенным давлением ( / - 193 С), при этом в первую очередь обращается в пар ( выкипает) та составляющая часть вслдухм, которая Чмеет самую низкую температуру кипения; неон, азот, криптон, аргон, кислород, ксенон. При понижении температуры пар становится насыщающим, начинается его конденсация. В жаркий день испаряется больше воды. [9]

Жидкий воздух был впервые получен в 80 - х годах прошлого столетия. [10]

Жидкий воздух представляет собой смесь жидкостей с различными температурами кипения, и к нему могут быть применены все законы фракционной перегонки. [11]

Жидкий воздух , азот и кислород обладают очень низкими температурами кипения. Однако применение этих жидкостей в холодильных установках невыгодно, так как на их получение затрачивается большое количество энергии. [12]

Жидкий воздух используют в основном как источник кислорода, потребность в котором больше, чем в азоте. Азот, направляемый в огромных количествах на синтез аммиака, берется в виде азото-водородной смеси, получаемой из воздуха и природного газа. [13]

Жидкий воздух и кислород должны доставляться и храниться в лаборатории в металлических сосудах Дюара. [14]

Жидкий воздух требует осторожного обращения с ним. Охлаждаемые детали должны быть тщательно обезжирены. Во избежание опасного повышения давления сосуды, содержащие жидкий воздух, должны иметь тепловую изоляцию и быть открытыми. При опускании охлаждаемой детали в сосуд с жидким воздухом последний сильно кипит; поэтому сосуд не должен быть наполнен доверху. [15]

Кислород – самый распространенный элемент на планете. Он присутствует в воде, земной коре, воздухе и в организмах живых существ, активно участвуя во многих обменных процессах. В природе он обычно существует в виде газа, а в промышленности часто используется в качестве жидкости. Как ведет себя жидкий кислород? Какими свойствами он обладает и где используется?

Газ кислород

Кислород – один из важнейших элементов на планете. Он участвует в процессе дыхания, в метаболизме живых организмов, а также в круговороте веществ в биосфере. Кроме того, он способствует гниению и разложению органических остатков.

В нормальных условиях он является бесцветным газом, который не имеет вкуса и запаха. Он тяжелее воздуха и с трудом растворяется в воде. В химическом плане он очень активен и способен образовывать соединения практически со всеми элементами.

В атмосфере содержание кислорода составляет примерно 21 % по массе, в земной коре его доля значительно выше и составляет около 47 % по массе. Элемент входит в состав более полутора тысяч разнообразных пород и минералов, большая часть из которых являются силикатами. Там он присутствует в виде соединений. В воде его содержание доходит до 85 %, и это не удивительно, ведь атомы оксигена и образуют воду вместе с элементом гидрогеном.

Жидкий кислород

Как и другие вещества, кислород может пребывать в различных агрегатных состояниях. Чтобы превратить газ в твердое тело или жидкость, его нужно сильно охладить. При давлении в 51 атмосферу он становится жидким уже при -119 °C. При нормальном давлении превращение происходит только при -183 °C. Охлаждаясь до температуры -220 °C, он затвердевает, образуя светло-голубые снегоподобные кристаллы.

В жидком состоянии кислород окрашивается в голубой оттенок и усиливает некоторые свойства газообразного вещества. Так, он ведет себя более агрессивно в химических реакциях, а также становится сильным парамагнетиком и может притягиваться магнитом.

Он закипает только при -183 °C, а плавится при +219 °C. Благодаря устойчивости к столь низким температурам жидкий кислород обладает криогенными свойствами и может использоваться в качестве хладагента. В нормальных условиях он быстро испаряется, превращаясь в газ. При этом он усиленно поглощает тепло и охлаждает окружающий воздух, отчего рядом с ним появляется ореол тумана. Во время испарения объем кислорода увеличивает в несколько сотен раз. Так, 1 см 3 жидкости образует почти 800 см 3 газа.

Химические свойства

Газообразный кислород является окислителем. Сам по себе он негорюч, но хорошо поддерживает процесс горения, а при значительной концентрации и высоких температурах является взрывоопасным.

С активными веществами (например, щелочными металлами) он может вступать в реакции даже при комнатной температуре и при обыкновенной концентрации в воздухе, образуя с ними соединения оксиды. Результат хорошо виден на многих металлах, на которых он проявляется в виде коррозии.

Жидкий кислород также обладает сильными окислительными свойствами. Многие пропитанные им вещества легко воспламеняются и горят с выделением энергии и тепла. Хлопок, бумага, дерево, уголь и некоторые другие материалы могут взрываться.

Получение

Самым распространенным и легким в получении источником кислорода является воздух. К тому же он неиссякаем и присутствует в нашей жизни повсеместно. Чтобы получить из него необходимые вещества, его сжижают, а затем разделяют на жидкий азот и кислород.

Еще один способ получения жидкости – конденсация ее из газа. Для этого достаточно опустить медный змеевик в контейнер с жидким азотом, а затем пропустить через змеевик газообразный кислород. Температура азота ниже, чем у кислорода, поэтому, проходя по медной трубке, газ будет конденсироваться и превратится в жидкость. При этом на поверхности змеевика образуется небольшой слой снега.

Применение

Сегодня его чаще применяют в медицине, фармацевтике, в металлургии, стекольной, химической, бумажной и других видах промышленности. С его помощью получают различные полезные соединения, например окись титана, которая участвует в производстве лакокрасочных изделий, бумаги и пластмасс. При изготовлении стекла он нужен для поддержания жара в печах, а также для уменьшения количества окиси азота, попадающей в атмосферу. В космической авиации жидкий кислород является одним из компонентов ракетного топлива, где он используется в качестве окислителя, а в роли самого топлива выступает водород или керосин.

В медицине и фармацевтике без него тоже не обходится. Жидкий кислород входит в состав биореакторов, а также используется в качестве добавки к ферментам. В медицине он необходим для анестезии, приготовления кислородных ванн и коктейлей, лечения или облегчения состояния при интоксикации, астме и других недугах. Здесь он чаще всего не используется напрямую в виде жидкости, а является источником газообразного кислорода.

Хранение и меры предосторожности

Жидкий кислород не возгорается и не взрывается сам по себе, он не токсичен для человека и не вреден для окружающей среды. Однако активная реакция в химических процессах, а также криогенный эффект делают его не совсем безопасным веществом.

При работе с ним нужно держать подальше смазочные, горючие и легковоспламеняющиеся материалы, а также всегда использовать перчатки и спецодежду. Кислород очень низкой температуры легко повреждает кожу и может привести к обморожению, травмам и отмиранию живых клеток. Если жидкость покрывает значительную часть тела, все может закончиться даже летальным исходом.

Технический и медицинский жидкий кислород хранят сосудах Дьюара, которые делают преимущественно из стали или алюминия. Это цилиндрические контейнеры с двойными стенками, между стенками которых располагается вакуумная полость, а также теплоизоляционные материалы. Они работают по принципу термосов, хорошо сохраняя жидкости внутри.

Жидкий кислород – это агрегатное состояние кислорода, в котором он представляет собой бледно-синюю жидкость. Он относится к категории веществ, которые одними из первых стали использоваться в разных областях промышленности. Жидкий О₂ используется с двумя целями: для усиления процессов горения и для окисления химических процессов. Именно необходимость решения этих задач стала причиной популярности воздухоразделительного оборудования.

Физические свойства жидкого кислорода

В жидком состоянии кислород имеет бледно-голубой оттенок. При переливании из одной емкости в другую жидкий кислород выделяет водяные пары, поглощая тепло из окружающего воздуха. При этом температура воздуха резко снижается, что приводит к образованию тумана.

Этот вид кислорода способен закипать при температуре 183°С. Если в это время поместить его в среду, в которой температура воздуха составляет около 30-40°С, то кипение лишь усилится. При комнатной температуре жидкость быстро испаряется.

Для того чтобы снизить скорость испарения кислорода жидкого, его помещают в специальные баллоны. Баллон для хранения О₂ представляет собой двухслойный сосуд. Внутренняя стенка баллона покрыта слоем серебра, а между ней и внешней стенкой полностью выкачан весь воздух. Слой серебра необходим для того, чтобы отражать тепло. В таком баллоне кислород может храниться на протяжении нескольких суток.

К другим физическим свойствам жидкого кислорода можно отнести следующие:

температура кипения – -183°С,
критическое давление – 497 атмосфер,
температура плавления – -219°С,
температура затвердевания – -220°С.

Как получают жидкий кислород?

После этого проводят ректификацию, то есть отделение азота от кислорода. Этого добиваются путем многократного нагревания жидкости, в ходе которого первым делом испаряется азот, а оставшаяся жидкость обогащается О₂.

В каких областях используют жидкий кислород?

В настоящее время жидкому кислороду находится применение в разных областях промышленности:

химической,
стекольной,
металлургической,
фармацевтической,
целлюлозно-бумажной.

Жидкий О₂ служит в качестве сырья для получения других химических соединений, вроде двуокиси титана или окиси этилена. С его помощью также можно повысить производительность большинства окислительных процессов.

В стекольной промышленности кислород применяется для интенсификации процессов горения, необходимых для поддержания работы стеклоплавильных печей. Помимо этого, он помогает снизить выбросы оксида азота и увеличить эффективность стекольного производства.

С этой же целью жидкий О₂ используется в металлургии, где он обогащает воздух и повышает эффективность процесса горения.

С жидким кислородом связано ускорение процессов роста клеток, поэтому в фармацевтике его добавляют в ферментеры и биореакторы.

В целлюлозно-бумажной отрасли промышленности с помощью этого вида кислорода осуществляется окислительное экстрагирование, обработка сточных вод и делигнификация (процесс получения целлюлозы).

Помимо этого, кислородом жидким пользуются в автомобилестроении и машиностроении, где он применяется в качестве вспомогательного газа во время лазерной резки. Его также добавляют в состав защитных газовых смесей.

Техника безопасности при работе с жидким кислородом

При работе с жидким кислородом нет угрозы отравления, но все же некоторые требования безопасности необходимо строго соблюдать:

надевать специальную одежду для защиты участков тела от обморожения,
избегать контакта с открытым пламенем во время и через 20-30 минут после работы с О₂,
проводить сварочные и ремонтные работы только через 2-3 часа после окончания манипуляций с этим видом газа,
перед перекачкой О₂ необходимо слегка охладить систему путем небольшого расхода продукта.

Основным и практически неисчерпаемым источником получения жидкого кислорода является атмосферный воздух: производится сжижение воздуха и последующее разделение его на кислород и азот.

Из-за своей криогенной природы жидкий кислород может вызвать хрупкость материалов, которые находятся с ним в соприкосновении.

Для объяснения отклонения парамагнетических свойств жидкого кислорода от закона Кюри американским физикохимиком Г. Льюисом в 1924 году была предложена молекула тетракислорода (O₄). [2] На сегодняшний день теория Льюиса считается лишь частично верной: компьютерное моделирование показывает, что хотя в жидком кислороде не образуется устойчивых молекул O₄ [3] , молекулы O₂ на самом деле имеют тенденцию ассоциировать в пары с противоположными спинами, которые формируют временные объединения O₂-O₂ [3] .

Жидкий кислород также является очень мощным окислительным агентом: органическое вещество быстро сгорает в его среде с большим выделением тепла. Более того, некоторые из этих веществ, будучи пропитанными жидким кислородом имеют свойство непредсказуемо взрываться. Часто так ведут себя нефтепродукты, включая асфальт.

В качестве уплотнительных прокладочных материалов в системах с жидким кислородом применяются материалы, не теряющие эластичности при низких температурах: паронит, фторопласты, отожженные медь и алюминий.

Хранение и транспортировка больших количеств жидкого кислорода осуществляется в ёмкостях объёмом от нескольких десятков до 1500 м³ из нержавеющей стали, снабженных теплоизоляцией, а также в сосудах Дьюара. Наружный, защитный кожух теплоизоляции может выполняться и из углеродистой стали. Резервуары транспортных ёмкостей изготавливаются также из сплава АМц. Применение вакуумно-порошковой или экранно-вакуумной теплоизоляции позволяет снизить суточные потери кипящего продукта до уровня 0,1—0,5 % (в зависимости от размеров ёмкости) и скорость повышения температуры переохлажденного — до 0,4—0,5 К в сутки.

Транспортировка кипящего кислорода производится с открытым вентилем газосброса, а переохлажденного — при закрытом вентиле, с контролем давления не реже 2 раз в сутки; при повышении давления больше, чем на 0,02 МПа (изб.) вентиль открывается.

Жидкий азот имеет более низкую точку кипения 77 K (−196 °C) и устройства, которые содержат жидкий азот, могут конденсировать кислород из воздуха: когда большая часть азота испаряется из такого устройства возникает риск того, что остаток жидкого кислорода может сильно прореагировать с органическими материалами. С другой стороны, жидкий азот или жидкий воздух может оказаться насыщенным жидким кислородом, если оставить ёмкость на открытом воздухе — атмосферный кислород будет в ней растворяться, в то время как азот будет испаряться быстрее.

Общий характер высотного изменения температуры воздуха был предугадан Аристотелем.
Он делил атмосферу на три слоя, из которых прилегающий к Земле пригоден для жизни, следующий сильно охлаждён, а самый верхний, наоборот, сильно нагрет.
При достаточном охлаждении воздух переходит в жидкое состояние.

Жидкий воздух можно довольно долго сохранять в сосудах с двойными стенками, из пространства между которыми для уменьшения теплопередачи выкачан воздух. Подобные сосуды используются, например, в термосах.

Свободно испаряющийся при обычных условиях жидкий воздух имеет температуру около –190 °С.
Состав его непостоянен, так как азот улетучивается быстрее кислорода. По мере удаления азота цвет жидкого воздуха изменяется от голубоватого до бледно-синего (цвет жидкого кислорода) . До ХIX века считали, что газы являются таковыми по самой своей природе, и вопрос о их сжижении даже не возникал.

Кислородный прибор с жидким воздухом

Лишь в 20-х годах ХIХ века, применяя значительные давления, удалось получить в жидком состоянии хлор, аммиак, диоксид углерода и ряд других веществ “газообразной природы”. Однако оставались ещё многие, в частности основные газы воздуха — кислород и азот, которые, несмотря на все усилия, не сжимались. На них перенесли то представление, которое раньше было общим, и стали считать их “постоянными” газами.

Только в 1877 г. впервые удалось получить в жидком состоянии одни из этих “постоянных” газов — кислород. Вслед за тем были сжиженны и все другие.

Схема получения жидкого воздуха заключается в том, что предварительно освобождённый от пыли, влаги и углекислого газа воздух сжимается компрессором до 200-250 атм (при одновременном охлаждении водой) , проходит первый теплообменник и затем разделяется на два потока. Большая часть направляется в детандер — поршневую машину, работающую за счёт расширения воздуха. Последний, значительно охладившись в детандере, омывает оба теплообменника и, охладив текущий навстречу сжатый воздух, покидает установку. Другой поток сжатого воздуха, охлаждённый ещё более во втором теплообменнике направляется в расширительную камеру, после чего покидает установку вместе с воздухом из детандера. Вскоре наступает момент, когда в расширительной камере достигается температура сжижения, и затем он уже непрерывно получается в жидком состоянии.

В 1938 г. П. Л. Капицей был разработан метод получения жидкого воздуха при низком давлении — всего 5-6 атм. По мере испарения азота жидкий воздух обогащается кислородом, причём температура его кипения постепенно повышается. Одновременно возрастает и плотность жидкого воздуха (приблизительно 0,94 г/см3 для нормального состава) . Температура его затвердевания также зависит от состава, причём наинизшая она (– 223 °С) при содержании 78% кислорода.

Здесь легко и интересно общаться. Присоединяйся!

в самом деле, академик)))

минус чего-то там за сотню, не помню

не только температура важна еще очень важна сила тяжести

здесь умных я и еще полтора головы)

В жарком климате при 80-ти градусах и выше.

кгда водух превращается в магму

При каком то большом минусе .. извините , не силён в физике .

при очень отрицательной! )

около — зоо минус

при обычном давлении азот превращается в жидкость при — 195 град. С

Воздух становится жидким при температуре около 80°К ( –190°C)

Кислородный прибор с жидким воздухом

Читайте также: