Плотность жидкого азота: интересные факты и свойства
Жидкий азот - уникальное вещество со множеством удивительных свойств. Оно может мгновенно замораживать предметы, использоваться как эффективное огнетушащее средство и даже сохранять органы для последующей трансплантации. Давайте рассмотрим самые интересные факты о плотности и других свойствах этого необычного вещества.
Основные характеристики жидкого азота
Жидкий азот представляет собой бесцветную прозрачную жидкость без запаха. При нормальном атмосферном давлении он имеет температуру кипения -195,8°C. Это означает, что жидкий азот является криогенной жидкостью с чрезвычайно низкой температурой.
Основные физические характеристики жидкого азота:
- Плотность при температуре кипения - 0,808 г/см3
- Удельный объем - 1,239 дм3/кг
- Теплоемкость - 2,05 кДж/(кг·К) при 21,15 К
- Теплопроводность - 0,103 Вт/(м·К) при 77,35 К
Интересный факт: если 1 литр жидкого азота испарится и нагреется до комнатной температуры 20°C, то образуется примерно 700 литров газообразного азота!
Получение жидкого азота
Впервые жидкий азот был получен в 1883 году польскими учеными Зигмундом Врублевским и Каролем Ольшевским. Для этого они использовали метод глубокого охлаждения газообразного воздуха и последующей его ректификации (разделения на фракции).
В настоящее время технология производства жидкого азота практически не изменилась. Его получают путем:
- Сжижения атмосферного воздуха методом глубокого охлаждения.
- Разделения сжиженного воздуха на азотную и кислородную фракции.
Процесс осуществляется на специальных воздухоразделительных установках. Например, на установках типа Кт, РК, Ат и других.
Для хранения жидкого азота используются специальные сосуды Дьюара или криогенные емкости. Благодаря вакуумной изоляции они предохраняют азот от интенсивного испарения.
Важно: 1 литр жидкого азота при испарении и нагреве образует 700 литров газа! Поэтому хранение требует осторожности.
Области применения жидкого азота
Уникальные свойства жидкого азота обуславливают его широкое использование в различных областях:
- Машиностроение и металлообработка - создание низких температур;
- Пищевая промышленность - шоковая заморозка продуктов;
- Медицина - хранение биоматериалов и клеток;
- Пожаротушение - вытеснение кислорода из очага возгорания.
Кроме этого, жидкий азот используется в научных лабораториях для проведения различных опытов при низких температурах. А также применяется в центрах "занимательной науки" для наглядной демонстрации таких эффектов, как мгновенное замерзание цветов, левитация предметов и многого другого.
Несмотря на широкое применение, при работе с плотностью жидкого азота необходимо соблюдать меры предосторожности. Жидкий азот обладает экстремально низкой температурой и может вызвать серьезные ожоги при контакте с кожей. Кроме того, его активное испарение приводит к вытеснению кислорода из воздуха и может вызвать удушье.
Удивительные эксперименты с жидким азотом
Жидкий азот часто используется для проведения зрелищных и поучительных опытов благодаря своим уникальным свойствам. Давайте рассмотрим некоторые из таких опытов.
Заморозка и дробление предметов
Один из самых популярных опытов - это мгновенное замораживание и последующее разрушение различных объектов. Например, цветы, фрукты или овощи погружают в сосуд с жидким азотом. За считанные секунды они замерзают и становятся хрупкими как стекло. После этого их можно раздробить на мелкие кусочки одним легким ударом.
Левитация предметов
Если поместить небольшой предмет над поверхностью жидкого азота, то благодаря интенсивному испарению он начнет как бы "парить" в воздухе. Этот эффект левитации возникает из-за образования газовой подушки между предметом и поверхностью азота.
Демонстрация теплового расширения
Если в открытый сосуд с жидким азотом плотностью 0,8 г/см3 поместить закрытый стеклянный баллон с теплой водой, то при охлаждении вода сожмется, а затем при нагревании быстро расширится. Баллон взорвется от давления горячих паров на глазах изумленных зрителей.
Безопасное хранение и транспортировка
Для безопасного хранения и транспортировки жидкого азота используется специальное криогенное оборудование:
- Сосуды Дьюара с вакуумной изоляцией;
- Криогенные емкости и цистерны;
- Специальные криоперчатки и защитные очки.
Эти средства необходимы для предотвращения быстрого испарения азота, а также для защиты от ожогов при контакте с холодной поверхностью или брызгами азота.
Кроме того, помещения для хранения жидкого азота должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией для разбавления скапливающегося азота и восполнения кислорода.