Kapalný dusík
Kapalný dusík je dusík převedený za nízké teploty do kapalného skupenství. Jeho teplota varu je kolem -196 °C. Vyrábí se frakční destilací zkapalněného vzduchu. Jedná se o bezbarvou kapalinu s viskozitou asi 10krát nižší, než má za pokojové teploty aceton (tedy přibližně 30krát nižší než u vody). Používá se jako chladivo.
Vlastnosti
[editovat | editovat zdroj]Dvouatomová struktura (N2) se po zkapalnění zachovává. Mezi molekulami působí jen velmi slabé Van der Waalsovy síly, což způsobuje neobvykle nízkou teplotu varu.[1]
Kapalný dusík lze snadno ochladit na teplotu tuhnutí (−210 °C) umístěním do prostoru, ze kterého je odsáván vzduch.[2]
Chladicí účinnost kapalného dusíku omezuje skutečnost, že při styku s teplejšími předměty se v důsledku Leidenfrostova jevu rychle odpařuje a pokrývá je vrstvou plynného dusíku. Rychlejšího ochlazení lze dosáhnout ponořením předmětu do směsi kapalného a pevného dusíku.[2]
Skladování
[editovat | editovat zdroj]Protože kapalný dusík rychle zmrazuje tkáně, se kterými přijde do styku, musejí být nádoby jej obsahující tepelně izolovány. Často se skladuje ve vakuových nádobách, kde se udržuje stálá teplota 77 K pomalým odpařováním kapaliny. V těchto nádobách může vydržet několik hodin až týdnů. Rozvoj tlakových superizolovaných vakuových nádob umožnil skladování a přepravu kapalného dusíku po delší dobu, se ztrátami 2 % za den nebo i menšími.[3]
Použití
[editovat | editovat zdroj]Kapalný dusík je snadno přepravovatelným zdrojem plynného dusíku, který nevyžaduje zvýšené tlaky. Jeho schopnost udržovat teploty pod bodem tuhnutí vody, měrná tepelná kapacita 1040 J⋅kg−1⋅K−1 a entalpie varu 200 kJ⋅kg−1 jej činí vhodným v mnoha oblastech, jako jsou:
- v kryoterapii odstraňování bradavic a aktinokeratózy
- uchovávání buněk pro laboratorní účely v nízkých teplotách
- v kryogenice
- jako zdroj suchého plynného dusíku
- k zamrazování potravin
- ke skladování krve a dalších biologických materiálů
- jako chladivo
- v CCD čipech v astronomii
- při udržování supravodivosti u vysokoteplotních supravodičů
- k udržování nízkých teplot okolo chladičů založených na kapalném heliu, používaných u supravodivých magnetů například v nukleární magnetické rezonanci
- u nízkoteplotních chemických reakcí
- při napodobování vesmírného prostředí během tepelného testování vesmírných sond[4]
- k uchovávání energie[5][6]
Historie
[editovat | editovat zdroj]První zkapalnění dusíku provedli v roce 1883 Zygmunt Wróblewski a Karol Olszewski na Jagellonské univerzitě.[7]
Bezpečnost
[editovat | editovat zdroj]
Vzhledem k jeho velmi nízké teplotě je třeba s kapalným dusíkem nakládat opatrně, jelikož jím chlazené předměty mohou způsobit omrzliny; únik či rozlití malého množství ale v důsledku Leidenfrostova jevu, kdy se vytváří izolační vrstva plynu, nepůsobí hned, podobně jako lehké dotknutí se horkého povrchu namočeným prstem.
Dusík při odpařování snižuje obsah kyslíku ve vzduchu a může tak, hlavně v uzavřených prostorech, způsobit udušení. Dusík je bezbarvý a bez chuti a zápachu, a udušení může nastat bez předchozích varovných signálů.[8][9][10]
K upozornění na rozlití plynu v uzavřeném prostoru je možné použít kyslíková čidla.[11]
Nádoby s kapalným dusíkem mohou ze vzduchu kondenzovat kyslík. Kapalina v takových nádobách vykazuje při odpařování dusíku zvýšený podíl kyslíku (teplota varu -183 °C), a může vyvolat nebezpečné oxidace organických látek.[12]
Pozření kapalného dusíku vede k poškození tkání v důsledku jejich zmrazení a uvolnění velkého množství dusíku zahřátého tělesným teplem.[13][14]
Výroba
[editovat | editovat zdroj]Kapalný dusík se vyrábí destilací zkapalněného vzduchu, nebo zkapalňováním čistého dusíku získaného adsorpcí při kolísání tlaku (pressure swing adsorption). Filtrovaný vzduch se stlačuje na vysoký tlak a následně ochlazuje zpět na pokojovou teplotu, kdy se poté rozpíná a snižuje tlak. Rozpínající vzduch se ochladí (v důsledku Joulova–Thomsonova jevu), a v dalších krocích složených z rozpínání a destilace se oddělují kyslík, dusík, a argon. Kapalný dusík lze vyrábět pro přímý prodej, nebo jako vedlejší produkt výroby kapalného kyslíku.[15]
Odkazy
[editovat | editovat zdroj]Reference
[editovat | editovat zdroj]V tomto článku byl použit překlad textu z článku Liquid nitrogen na anglické Wikipedii.
- ↑ D. G. Henshaw; D. G. Hurst; N. K. Pope. Structure of Liquid Nitrogen, Oxygen, and Argon by Neutron Diffraction. Physical Review. 1953, s. 1229–1234. DOI 10.1103/PhysRev.92.1229. Bibcode 1953PhRv...92.1229H.
- ↑ a b W. Umrath. Cooling bath for rapid freezing in electron microscopy. Journal of Microscopy. 1974, s. 103–105. DOI 10.1111/j.1365-2818.1974.tb03871.x.
- ↑ DATA BOOK for Cryogenic Gases and Equipment Archivováno 17. 5. 2014 na Wayback Machine. aspenycap.org
- ↑ Robert D. Karam. Satellite Thermal Control for System Engineers. [s.l.]: AIAA, 1998. ISBN 1-56347-276-7. S. 89.
- ↑ Roger Harrabin. Liquid air 'offers energy storage hope' [online]. BBC, 2012-10-02 [cit. 2018-06-22]. Dostupné online.
- ↑ Derek Markham. Frozen Air Batteries Could Store Wind Energy for Peak Demand [online]. Discovery Communications, 2012-10-03. Dostupné online.
- ↑ William Augustus Tilden. A Short History of the Progress of Scientific Chemistry in Our Own Times. [s.l.]: BiblioBazaar, 2009. ISBN 978-1-103-35842-7.
- ↑ British Compressed Gases Association (2000) BCGA Code of Practice CP30. The Safe Use of Liquid nitrogen Dewars up to 50 litres Archivováno 18. 7. 2007 na Wayback Machine. ISSN 0260-4809
- ↑ Confined Space Entry - Worker and Would-be Rescuer Asphyxiated Archivováno 29. 8. 2017 na Wayback Machine., Valero Refinery Asphyxiation Incident Case Study
- ↑ Inquiry after man dies in chemical leak Archivováno 7. 1. 2017 na Wayback Machine., BBC News, October 25, 1999
- ↑ Liquid Nitrogen – Code of practice for handling. [s.l.]: Birkbeck, University of London, 2007. Dostupné online.
- ↑ Christopher G. Levey. Liquid Nitrogen Safety [online]. Thayer School of Engineering at Dartmouth [cit. 2012-06-23]. Dostupné online.
- ↑ Student Gulps Into Medical Literature [online]. Thayer School of Engineering at Dartmouth, 1999-01-20 [cit. 2014-10-11]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu.
- ↑ Liquid nitrogen cocktail leaves teen in hospital Archivováno 12. 4. 2017 na Wayback Machine., BBC News, October 8, 2012.
- ↑ Almqvist, Ebbe (2003) History of Industrial Gases, Springer, ISBN 0306472775 p. 163
Související články
[editovat | editovat zdroj]Externí odkazy
[editovat | editovat zdroj]
Obrázky, zvuky či videa k tématu kapalný dusík na Wikimedia Commons
