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, tak 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 adsorbcí při kolísání tlaku. 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