Жидкий азот — одна из четырех форм азота, при которой вещество находится в жидком агрегатном состоянии. Для этого необходима температура ниже -196 градусов Цельсия. Благодаря ряду своих свойств, вещество востребовано в различных областях промышленности, находит применение в медицине и научных исследованиях, используется в сфере развлечений, косметологии, кулинарии и не только. Что же особенного в жидком азоте? Какие именно физические и химические свойства делают его таким популярным?
Физические и химические свойства жидкого азота
Азот — один из самых распространенных элементов на планете Земля. В природе он существует в виде простого вещества и входит в состав атмосферного воздуха. Помимо этого, азот встречается в составе минералов, чаще всего селитр, а также является одной из составляющих белков и аминокислот, поэтому содержится в растениях, организмах животных и человека. В жидкое агрегатное состояние вещество переходит только после ряда манипуляций, проводимых на производстве или в лабораторных условиях. Более того, без поддержания критически низкой температуры азот быстро испаряется.
Визуально именно сжиженный газ представляет собой бесцветную прозрачную жидкость без запаха. При кипении поверхность вещества начинает парить, выбрасывая в воздух клубы белоснежного дыма. Физические свойства жидкого азота достаточно специфичны и выглядят следующим образом:
- плотность при температуре кипения примерно 0.808 г/см³;
- теплоемкость на уровне 2,02 Дж/г*°C;
- коэффициент теплопроводности около 0,15 Вт/м*°C;
- вязкость примерно 0,00169 Па*с.
При этом для прикладного применения ключевую роль играет одно из химических свойств этого вещества, а именно его критически низкая температура. Обычно ее держат в районе -210 градусов по Цельсию, но возможны вариации. Такие серьезные цифры позволяют использовать жидкий азот в качестве криогенного охладителя. Он может закачиваться в холодильные системы или использоваться напрямую. Список всех отраслей, где жидкий азот требуется для тех или иных манипуляций и технологических процессов, выглядит внушительно, но основными из них являются:
- медицина, а точнее десятки ее разделов. С различной целью жидкий азот используют в хирургии и травматологии, косметологии и дерматологии, неврологии и криопрезервации. Список областей применения неокончательный. Существуют также салоны, которые используют криотерапию с использованием жидкого азота для лечения симптомов некоторых психических заболеваний, в том числе стресс и ПТСР;
- промышленность. Сюда можно отнести и закалку металлов, и производство полупроводников, и криогенную резку, и охлаждение оборудования и техники. Здесь же стоит упомянуть пищевую промышленность, где вещество применяется не только для замораживания и охлаждения, но и для упаковки;
- наука. Без жидкого азота трудно представит стресс-тестирование, термоциклирование, криогенное травление, осаждение и многое другое.
Также применение жидкого азота добавляет шарма в некоторые шоу и даже в подачу определенных блюд.
Способы хранения и транспортировки жидкого азота
Важно понимать, что критически низкая температура и быстрое испарение жидкого азота накладывают отпечаток на условия его хранения и транспортировки. Эти манипуляции осуществляются только в специально разработанных емкостях. Использование резервуаров позволяет гарантировать неизменность характеристик жидкого азота, а также минимизировать его потери и обеспечить безопасность работников. Все емкости для криогенных жидкостей конструктивно представляют собой двустеночную колбу с вакуумом между внутренним и внешним сосудом. Именно такой формат позволяет избежать теплового воздействия внешней среды на содержание резервуара.
Для организаций, которые используют небольшое количество криогенной жидкости, подойдет сосуд Дьюара вместимостью от 2,2 до 80 литров. И для перевозки, и для буферного хранения различных сжиженных газов может быть использована криосцистерна.
Иногда возникает вопрос, можно ли налить жидкий азот в обычный термос, ведь по сути это самый маленький сосуд Дьюара. Можно, только горловина и крышка такой емкости не предназначены для стравливания давления, что приведет к поломке термоса, да и потери азота при переходе в газообразное состояние будут очень большими. Поэтому лучше обратить внимание на специализированные емкости.