Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Сұйық азот — LN2 — төмен температурада сұйық күйдегі азот. Сұйық азоттың қайнау температурасы шамамен -196 °C құрайды. Ол сұйық ауаны фракциялық айыру арқылы өндіріледі. Бұл түссіз, оңай қозғалатын сұйықтық, оның тұтқырлығы ацетон тұтқырлығынан шамамен он есе кем (яғни, бөлме температурасындағы судың тұтқырлығынан үш есе кем). Сұйық азот кеңінен салқындатқыш ретінде қолданылады.
Liquid state of nitrogen
Liquid nitrogen—LN2—is nitrogen in a liquid state at low temperature. Liquid nitrogen has a boiling point of about It is produced industrially by fractional distillation of liquid air. It is a colorless, mobile liquid whose viscosity is about one tenth that of acetone (i. e. roughly one thirtieth that of room temperature water). Liquid nitrogen is widely used as a coolant.
Физикалық қасиеттері
Суарудан кейін N2 молекуласының екі атомды қасиеті сақталады. N2 молекулалары арасындағы нашар ван дер Ваальс әрекеттесуі атомдар аралық тартылыстың аз болуына себеп болады. Осының салдарынан азоттың қайнау температурасы ерекше төмен. Вакуумдық сорғымен жұмыс істейтін вакуумдық камераға қою арқылы сұйық азоттың температурасын оңай мұздану температурасына дейін төмендетуге болады. Сұйық азоттың салқындатқыш ретіндегі тиімділігі, оның жылы затқа тигенде бірден қайнап, затты азот газының көпіршіктерінен тұратын оқшаулағыш қабатқа орауымен шектеледі. Бұл эффект, Лейденфрост эффектісі деп аталады, және ол кез келген сұйықтық қайнау температурасынан әлдеқайда жоғары температурадағы бетке тигенде пайда болады. Затты тезірек салқындату үшін, оны тек сұйық азотқа емес, сонымен қатар сұйық және қатты азот қоспасына батыруға болады.
The diatomic character of the N2 molecule is retained after liquefaction. The weak van der Waals interaction between the N2 molecules results in little interatomic attraction. This is the cause of nitrogen's unusually low boiling point. The temperature of liquid nitrogen can readily be reduced to its freezing point by placing it in a vacuum chamber pumped by a vacuum pump. Liquid nitrogen's efficiency as a coolant is limited by the fact that it boils immediately on contact with a warmer object, enveloping the object in an insulating layer of nitrogen gas bubbles. This effect, known as the Leidenfrost effect, occurs when any liquid comes in contact with a surface which is significantly hotter than its boiling point. Faster cooling may be obtained by plunging an object into a slush of liquid and solid nitrogen rather than liquid nitrogen alone.
Ас үй
Сұйық азотты тағамдық қолдану туралы Агнес Маршаллдың 1890 жылы жарық көрген «Fancy Ices» атты рецепт кітабында еске алынған, бірақ соңғы кезде мейрамханалар оны мұздатылған десерттерді – мысалы, балмұздақты дайындау үшін пайдаланады. Оның тағамды өте жылдам салқындату қабілетіне байланысты, балмұздақ үстел басында бір сәт ішінде жасалып қойылуы мүмкін. Сұйық азот коктейльдерді дайындауда да танымал, себебі оны стақандарды жылдам салқындатуға немесе ингредиенттерді қатыруға болады.
The culinary use of liquid nitrogen is mentioned in an 1890 recipe book titled Fancy Ices authored by Agnes Marshall, but has been employed in more recent times by restaurants in the preparation of frozen desserts, such as ice cream, which can be created within moments at the table because of the speed at which it cools food. Liquid nitrogen has also become popular in the preparation of cocktails because it can be used to quickly chill glasses or freeze ingredients.
Тарих
Азот алғаш рет 1883 жылғы 15 сәуірде поляк физиктері Зигмунт Вроблевский мен Карол Олзевский Ягеллон университетінде сұйытылды.
Nitrogen was first liquefied at the Jagiellonian University on 15 April 1883 by Polish physicists Zygmunt Wróblewski and Karol Olszewski.
Қауіпсіздік
Азоттың сұйық күйден газға кеңею қатынасы 20 °C (68 °F) температурада 1:694 болғандықтан, егер сұйық азот жабық кеңістікте буланып кетсе, зор күш пайда болуы мүмкін. 2006 жылдың 12 қаңтарында Техас A&M университетінде болған оқиғада сұйық азот резервуарының қысымды төмендету құрылғылары істен шығып, кейіннен жабылып қалған. Соңынан қысымның артуына байланысты резервуар қирап кетті. Жарылыстың күші резервуарды тікелей үстіндегі төбеден өткізіп, төмендегі нығайтылған бетон бағананы сыныдырып, зертхана қабырғаларын 0,1–0,2 м қашықтыққа ығыстырды. 2021 жылдың қаңтар айында АҚШ-тың Джорджия штатындағы құс етін өңдеу зауытында сұйық азот құбыры жарылып, алты адам қаза тауып, 11 адам жарақат алды. Өте төмен температурасының салдарынан, сұйық азотты немесе оның әсерінен салқындатылған заттарды салмақсыз ұстағанда суық күйіктер пайда болуы мүмкін. Мұндай жағдайда оны ұстағанда арнайы қолғаптарды қолдану қажет. Дегенмен, кішкентай шашырау немесе тіпті теріге құйылу Лейденфрост эффектісінің арқасында бірден күйік тудырмайды, себебі буланып жатқан газ белгілі бір деңгейде жылуды оқшаулайды, бұл ыстық элементке ылғалды саусақпен қысқа уақытқа тию сияқты. Егер сұйық азот бір жерде жиналса, ауыр күйіктерге әкелуі мүмкін. Сұйық азот буланып, ауадағы оттегінің мөлшерін азайтады және, әсіресе жабық кеңістікте, тыныс алуды қиындатады. Азоттың иісі, түсі және дәмі жоқ, сондықтан ол ешқандай сезімсіз немесе ескертусіз тыныс алудың тоқтауына себеп болуы мүмкін. Сұйық азотпен жұмыс істеген кезде, газдың жабық кеңістікке таралуын анықтау үшін қысқылтек датчиктерін қауіпсіздік шарасы ретінде қолдануға болады. Сұйық азотты сақтау ыдыстары ауадан оттекті конденсициялай алады. Мұндай ыдыстағы сұйықтық азоттың булануымен бірге оттегіге қаныққан (қайнау температурасы), бұл органикалық материалдың күшті тотығуына әкелуі мүмкін. Сұйық азотты жұту тіндердің тоңуына және сұйықтықтың дене жылуымен қыздырылуынан пайда болатын азот газының көлеміне байланысты ауыр ішкі зақымдануға әкелуі мүмкін. 1997 жылы физика студенті Лейденфрост эффектін көрсету үшін аузында сұйық азот ұстап, кездейсоқ жұтып қойып, салдарынан өлімге жақын жарақат алды. Бұл медициналық әдебиетте сұйық азотты жұтқан алғашқы жағдай болып тіркелді. 2012 жылы Англиядағы бір жас әйел сұйық азот қосылған коктейльді ішкеннен кейін асқазанын жойды.
Because the liquid to gas expansion ratio of nitrogen is 1:694 at 20 °C (68 °F), a tremendous amount of force can be generated if liquid nitrogen is vaporized in an enclosed space. In an incident on January 12, 2006 at Texas A&M University, the pressure relief devices of a tank of liquid nitrogen were malfunctioning and later sealed. As a result of the subsequent pressure buildup, the tank failed catastrophically. The force of the explosion was sufficient to propel the tank through the ceiling immediately above it, shatter a reinforced concrete beam immediately below it, and blow the walls of the laboratory 0.1–0.2 m off their foundations. In January 2021, a line carrying liquid nitrogen ruptured at a poultry processing plant in the U. S. state of Georgia, killing six people and injuring 11 others. Because of its extremely low temperature, careless handling of liquid nitrogen and any objects cooled by it may result in cold burns. In that case, special gloves should be used while handling. However, a small splash or even pouring down skin will not burn immediately because of the Leidenfrost effect, the evaporating gas thermally insulates to some extent, like touching a hot element very briefly with a wet finger. If the liquid nitrogen manages to pool anywhere, it will burn severely. As liquid nitrogen evaporates it reduces the oxygen concentration in the air and can act as an asphyxiant, especially in confined spaces. Nitrogen is odorless, colorless, and tasteless and may produce asphyxia without any sensation or prior warning. Oxygen sensors are sometimes used as a safety precaution when working with liquid nitrogen to alert workers of gas spills into a confined space. Vessels containing liquid nitrogen can condense oxygen from air. The liquid in such a vessel becomes increasingly enriched in oxygen (boiling point ) as the nitrogen evaporates, and can cause violent oxidation of organic material. Ingestion of liquid nitrogen can cause severe internal damage, due to freezing of the tissues which come in contact with it and to the volume of gaseous nitrogen evolved as the liquid is warmed by body heat. In 1997, a physics student demonstrating the Leidenfrost effect by holding liquid nitrogen in his mouth accidentally swallowed the substance, resulting in near fatal injuries. This was apparently the first case in medical literature of liquid nitrogen ingestion. In 2012, a young woman in England had her stomach removed after ingesting a cocktail made with liquid nitrogen.
Өндіріс
Сұйық азот сұйытылған ауаның криогенді дистилляциясы арқылы немесе қысымды ауыстыру адсорбциясы қолданылып, ауадан алынған таза азотты сұйыту арқылы коммерциялық түрде өндіріледі. Фильтрленген ауаны жоғары қысымға дейін қысу үшін ауа компрессоры пайдаланылады; жоғары қысымдағы газ қоршаған орта температурасына дейін салқындатылып, төмен қысымға дейін кеңейтілуіне мүмкіндік беріледі. Кеңейтілген ауа күрт салқындайды (Джоуль-Томсон эффектісі), ал оттегі, азот және аргон одан әрі кеңейту және дистилляция сатылары арқылы бөлінеді. Осы принципті қолдану арқылы сұйық азотты кішкентай көлемде өндіруге болады. Сұйық азот тікелей сату үшін немесе болат өндіру сияқты өнеркәсіптік процестерде қолданылатын сұйық оттегін өндірудің қосалқы өнімі ретінде өндірілуі мүмкін. Күніне тонналармен өнім шығаратын сұйық ауа зауыттары 1930 жылдары салына бастады, бірақ Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін кеңінен таралды; ірі қазіргі заманғы зауыт күніне 3000 тоннаға дейін сұйық ауа өнімдерін өндіре алады.
Liquid nitrogen is produced commercially from the cryogenic distillation of liquified air or from the liquefaction of pure nitrogen derived from air using pressure swing adsorption. An air compressor is used to compress filtered air to high pressure; the high pressure gas is cooled back to ambient temperature, and allowed to expand to a low pressure. The expanding air cools greatly (the Joule–Thomson effect), and oxygen, nitrogen, and argon are separated by further stages of expansion and distillation. Small scale production of liquid nitrogen is easily achieved using this principle. Liquid nitrogen may be produced for direct sale, or as a byproduct of manufacture of liquid oxygen used for industrial processes such as steelmaking. Liquid air plants producing on the order of tons per day of product started to be built in the 1930s but became very common after the Second World War; a large modern plant may produce 3000 tons/day of liquid air products.