Для чего нужен жидкий азот

Жидкий азот

Жидкий азот (ЖА, англ. Liquid nitrogen, LIN, LN2 ) — жидкость прозрачного цвета. Является одним из четырёх агрегатных состояний азота. Жидкий азот обладает удельной плотностью 0,808 г/см³, и имеет точку кипения 77,4 K (−195,75 °C). Не взрывоопасен и не ядовит.

Содержание

Хранение

Литр жидкого азота, испаряясь и нагреваясь до 20 °C, образует примерно 700 литров газа. По этой причине жидкий азот хранят в специальных сосудах Дьюара с вакуумной изоляцией открытого типа или криогенных ёмкостях под давлением.

Использование

У жидкого азота немало сфер применения:

Пожаротушение

На этом же факте основан принцип тушения пожаров жидким азотом. Испаряясь, азот вытесняет кислород, необходимый для горения, и пожар прекращается. Так как азот, в отличие от воды, пены или порошка, просто испаряется и выветривается, азотное пожаротушение, наряду с углекислотным, — наиболее эффективный с точки зрения сохранности ценностей способ тушения пожаров.

Жидкий азот в масс-культуре

Мгновенная заморозка крупных объектов

Жидкий азот нередко демонстрируется в кинофильмах (Терминатор 2: Судный день, Куб Ноль) в качестве вещества, способного мгновенно заморозить достаточно крупные объекты. Это широко распространённая ошибка. Даже для замораживания цветка необходимо достаточно продолжительное время. Это связано отчасти с весьма низкой теплоёмкостью азота. По этой же причине весьма затруднительно охлаждать, скажем, замки до −196 °C и раскалывать их одним ударом, согласно одной из серий «Разрушителей Легенд» для этого требуется 5 минут.

Заморозка жидким азотом живых существ

Заморозка жидким азотом живых существ (главным образом млекопитающих) с возможностью последующей их разморозки проблематична. Проблема заключается в невозможности заморозить (и разморозить) существо достаточно быстро, чтобы неоднородность заморозки не сказалась на его жизненных функциях. Главным образом происходит обширное повреждение тканей кристаллами замерзшей воды. Даже если остановить сердцебиение на момент заморозки и заморозить живое существо без повреждений, его разморозка, достаточно длительный процесс, проходящий от поверхности внутрь тела. К моменту полной разморозки внутренней области тела, наружные ткани успевают отмереть. Поэтому заморозка и последующая разморозка с сохранением жизни возможна только с относительно небольшими по размерам живыми существами. Некоторые насекомые используют заморозку своего тела на зимнее время. Станислав Лем, фантазируя на эту тему в книге «Фиаско», придумал экстренную систему заморозки азотом, в которой шланг с азотом, выбивая зубы, вонзался в рот астронавта и внутрь его подавался обильный поток азота.

Но тем не менее заморозка людей после их смерти осуществляется несколькими крионическими компаниями, как в России, так и за рубежом.

Источник

Азот — «безжизненный» газ, крайне важный для всего живого

Азот — газ, простое химическое вещество, неметалл, элемент таблицы Менделеева. Латинское название Nitrogenium переводится как «рождающий селитры».

Название «азот» и созвучные ему используются во многих странах: во Франции, Италии, России, Турции, в некоторых восточнославянских и в странах бывшего СССР. По основной версии, название «азот» происходит от греческого слова azoos — «безжизненный», так как не пригоден для дыхания.

Азот в основном встречается как газ — в воздухе его около 78% (по объему). Месторождения полезных ископаемых, а которых он содержится — например, чилийской селитры (нитрат натрия), индийской селитры (нитрат калия) большей частью уже истощены, поэтому в промышленных масштабах реактив добывают химическим синтезом прямо из атмосферы.

Свойства

Молекула азота очень стабильна, поэтому химреактив в основном инертен, взаимодействует в нормальных условиях только с литием, цезием и комплексами переходных металлов. Для проведения реакций с другими веществами требуются особые условия: очень высокая температура и давление, а иногда и катализатор. Не вступает в реакции с галогенами, серой, углеродом, кремнием, фосфором.

Элемент крайне важен для жизни всего живого. Он является неотъемлемой частью белков, нуклеиновых кислот, гемоглобина, хлорофилла и многих других биологически важных соединений. Играет основную роль в обмене веществ живых клеток и организмов.

Азот выпускается в виде сжатого при 150 атмосфер газа, поставляется в баллонах черного цвета с крупной и четкой надписью желтого цвета. Жидкий реагент хранят в сосудах Дьюара (термос с двойными стенками, с серебрением изнутри и вакуумом между стенок).

Опасность азота

В обычных условиях азот не вреден для человека и животных, но при повышенном давлении вызывает наркотическое опьянение, а при нехватке кислорода — удушье. С азотом и его воздействием на кровь человека при резком снижении давления связана очень опасная кессонная болезнь.

Это интересно

Вероятно, все хотя бы однажды видели в фильмах или сериалах, как жидким азотом мгновенно замораживают людей или замки на решетке, сейфе и т. п., после чего они становятся хрупкими и легко разбиваются. На самом деле жидкий азот замораживает достаточно медленно, ввиду своей малой теплоемкости. Именно поэтому с его помощью нельзя замораживать людей для последующей разморозки — не получается равномерно и одномоментно заморозить все тело и органы.

Азот относится к пниктогенам — химическим элементам той же подгруппы таблицы Менделеева, что и он сам. Кроме азота к пниктогенам относят фосфор, мышьяк, сурьму, висмут и искусственно полученный московий.

Жидкий азот — идеальный материал для тушения пожаров, особенно с ценными объектами. После тушения азотом не остается ни воды, ни пены, ни порошка, а газ просто выветривается.

Применение

— Три четверти всего выпускаемого в мире азота идет на производство аммиака, из которого, в свою очередь, производят широко использующуюся в разных сферах промышленности азотную кислоту.
— В сельском хозяйстве соединения азота используются как удобрения, а сам азот — для лучшей сохранности овощей в овощехранилищах.
— Для производства взрывчатых веществ, детонаторов, топлива для космических аппаратов (гидразина).
— Для изготовления красителей, медикаментов.
— При перекачке горючих веществ по трубам, в шахтах, в электронных приборах.
— Для тушения кокса в металлургии, для создания нейтральной атмосферы в промышленных процессах.
— Для продувки труб и резервуаров; распирания пластов в горнодобыче; прокачки топлива в ракетах.
— Для закачки в самолетные шины, иногда — в автомобильные.
— Для производства особой керамики — нитрида кремния, обладающего повышенной механической, термической, химической стойкостью и многими другими полезными характеристиками.
— Пищевую добавку Е941 используют для создания в упаковках консервирующей среды, исключающей окисление и развитие микроорганизмов. Жидкий азот используют при разливе напитков и масел.

Жидкий азот применяется как:

— Хладагент в криостатах, вакуумных установках и т. п.
— В криогенной терапии в косметологии и медицине, для проведения некоторых видов диагностики, для хранения образцов биоматериалов, спермы, яйцеклеток.
— В криогенной резке.
— Для тушения пожаров. Испаряясь, реагент образует массу газа в 700 раз большую, чем объем жидкости. Этот газ оттесняет кислород от пламени, и оно тухнет.

Источник

Технический азот: применение

Технический азот, реализуемый в баллонах, широко используется в различных технологических процессах. Этот газ не токсичен, а его стоимость относительно невелика, поэтому приобретение этого вещества возможно даже частными лицами. Продажа баллонов с азотом осуществляется обычно в объеме 40 л, но возможна продажа газа и в меньших резервуарах. Применяться этот газ может как на производстве, так и в быту, но прежде чем говорить о применение азота, следует разобраться в основных свойствах этого вещества.

Этот загадочный азот: из истории открытия газа

Азот был одновременно открыт сразу несколькими учеными, которые так до конца и не смогли определить, что это за газ. Британский физик и химик Кавендиш в 1772 году смог выделить азот из воздуха, пропустив кислород через раскаленный уголь, а потом через раствор щелочи. Полученный остаток ученый назвал «удушливым воздухом», но так до конца и не понял, что он открыл.

Британец сообщил о своих исследованиях коллеге Джозефу Пристли, который трудился над решением аналогичной задачи. Пристли выяснил, что если в закрытом помещении длительное время горит свеча или находится живое существо, то таким воздухом невозможно дышать.
Швед Карл Шееле смог получить в лабораторных условиях кислород. Также он указал, что воздух состоит из кислорода, который может гореть, и азота, который не горит.

Однако официально первооткрывателем азота считают шотландца Резерфорда, который смог установить основные свойства азота.

АЗОТ: ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Этот газ не ядовит, не имеет вкуса, цвета и запаха, мало растворим в воде. Запас азота на Земле огромен, ведь концентрация его в атмосферном воздухе может достигать 78%. Производство газа осуществляется с помощью установок, в которых атмосферный воздух охлаждается до очень низких температур. По причине различных температур кипения азот легко отделяется от других газов, входящих в состав атмосферного воздуха.

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО АЗОТА

Азот широко используется в различных технологических процессах. В промышленности и при выполнении сварочных работ используются, в основном, инертные свойства газа. Жидкий азот также применяется в качестве эффективного хладагента.

Наибольшее распространение этот инертный газ получил в следующих сферах промышленности:

Также этот газ может быть использован при изготовлении электроники и производстве стекла. В газообразном состоянии азот используется в качестве защитного газа при сварке металлов. В процессе соединения металла с помощью азота вытесняется кислород, тем самым снижая разрушительное действие этого окислителя.

Инертные качества этого газа могут применяться в установках пожаротушения. Азот не поддерживает горение, а, попадая в очаг возгорания, уменьшает концентрацию кислорода, что приводит к прекращению процесса окисления вещества.

В медицине жидкий азот используется для удаления различных новообразований на поверхности кожи. В этом агрегатном состоянии вещество может применяться при проведении омолаживающих процедур. Криогенная терапия хорошо воздействует на весь организм, активируя защитные и восстановительные свойства иммунной системы. В химической промышленности азот применяется для производства азотных удобрений и аммиака.

В чем хранят и как перевозят технический азот

Все азотные баллоны должны периодически подвергаться проверке. К ним предъявляются высокие требования системы ГОСТ.

Азот разрешено перевозить морским и железнодорожным транспортом, а также автотранспортом. Транспортировка азота в большом количестве считается перевозкой опасных грузов и разрешена определенным компаниям. В процессе перевозки и хранения баллоны не должны подвергаться ударам, падениям и перегреву. При сильном ударе или нагреве существует риск взрыва.

Источник

Жидкий азот применяется как хладагент и для криотерапии

Применение жидкого азота.

Промышленные применения газообразного азота обусловлены его инертными свойствами. Газообразный азот пожаро- и взрывобезопасен, препятствует окислению, гниению. В нефтехимии азот применяется для продувки резервуаров и трубопроводов, проверки работы трубопроводов под давлением, увеличения выработки месторождений. В горнодобывающем деле азот может использоваться для создания в шахтах взрывобезопасной среды, для распирания пластов породы. В производстве электроники азот применяется для продувки областей, не допускающих наличия окисляющего кислорода. Если в процессе, традиционно проходящем с использованием воздуха, окисление или гниение являются негативными факторами — азот может успешно заместить воздух.

Важной областью применения азота является его использование для дальнейшего синтеза самых разнообразных соединений, содержащих азот, таких, как аммиак, азотные удобрения, взрывчатые вещества, красители и т. п. Большие количества азота используются в коксовом производстве («сухое тушение кокса») при выгрузке кокса из коксовых батарей, а также для «передавливания» топлива в ракетах из баков в насосы или двигатели.

В пищевой промышленности азот зарегистрирован в качестве пищевой добавки E941, как газовая среда для упаковки и хранения, хладагент, а жидкий азот применяется при разливе масел и негазированных напитков для создания избыточного давления и инертной среды в мягкой таре.

Газообразным азотом заполняют камеры шин шасси летательных аппаратов. Кроме того, в последнее время заполнение шин азотом стало популярно и среди автолюбителей, хотя однозначных доказательств эффективности использования азота вместо воздуха для наполнения автомобильных шин нет.

Литр жидкого азота, испаряясь и нагреваясь до 20 °C, образует примерно 700 литров газа. По этой причине жидкий азот хранят в специальных сосудах Дьюара с вакуумной изоляцией открытого типа или криогенных ёмкостях под давлением. На этом же факте основан принцип тушения пожаров жидким азотом. Испаряясь, азот вытесняет кислород, необходимый для горения, и пожар прекращается. Так как азот, в отличие от воды, пены или порошка, просто испаряется и выветривается, азотное пожаротушение — самый эффективный с точки зрения сохранности ценностей механизм тушения пожаров.

Жидкий азот используют во многих направлениях медицины: хирургия, нейрохирургия, офтальмология, оториноларингология, гинекология и прочие. Жидкий азот применяют для таких процедур, как криотерапия и криодеструкция – удаление патологических тканей и новообразований (бородавок, папиллом). После нанесения жидкого азота на новообразование патологические ткани замораживаются и разрушаются под воздействием низкой температуры – 100 ºС до – 196 ºС.

Кожное новообразование разрушается посредством воздействия низкой температуры. Данный метод является безболезненным и не оставляет рубцов. Для проведения процедуры специалисты применяют криохирургические инструменты со сменными наконечниками. Наконечники меняют в зависимости от размера новообразования.Также жидкий азот в сосудах Дьюара используется для хранения биоматериалов и стволовых клеток.

Применение жидкого азота в косметологии достаточно обширно, так как это средство позволяет быстро избавить пациента от некоторых заболеваний и исправить дефекты внешности. Простота технологии и хороший лечебный эффект низкой температуры делают это вещество незаменимым, а в зависимости от того, какова методика была выбрана и действие на кожу и ткани оказывается различным.

Жидким азотом делают криомассаж кожи лица. За счет кратковременного воздействия холода улучшается кровоснабжение, кожа приобретает здоровый цвет, очищается, становится упругой. Также пропадают прыщи и рубцы после акне. Кроме того, криомассаж оказывает омолаживающий эффект.

Кроме того, жидкий азот широко используется в ветеринарной медицине. Жидкий азот в сосудах Дьюара применяется при удалении новообразований у животных и лечении онкологии. В сельском хозяйстве сосуды Дьюара требуются для транспортировки и хранения биоматериалов, которые предназначены для искусственного осеменения животных: коров, лошадей и т.д.

Источник

Содержание

История открытия азота

Окончательное имя «азот» дал французский ученый Антуан Лоран Лавуазье (Antoine Laurent de Lavoisier).

Слово «азот» греческого происхождения и означает «безжизненный».

Способы получения азота

Получение N₂ в промышленных масштабах основано на производстве его из воздуха путем фракционной перегонки (см. получение азота).

Виды азота

Закись азота (N₂O) не может быть получена из газообразного кислорода и N₂, она образуется из азотнокислой соли аммония, которая при осторожном нагревании разлагается на закись азота и воду по реакции:

Газообразный азот относительно инертный по своим свойствам газ без цвета и запаха плотностью 1,25046 кг/м 3 при 0°C и давлении 101,3 кПа. Удельный объем газообразного азота равен 860,4 дм 3 /кг при давлении около 105 Па и температуре 20°C.

Но при высоких температурах ряд металлов (титан, молибден и др.) с азотом образуют нитриды, снижающие механические свойства и поэтому его концентрацию в зоне плавления стремятся ограничить.

Применение азота

Азот нашел применение во многих отраслях промышленности и ниже приведен небольшой список :

Применение азота в сварке

N₂ является инертным по отношению к меди и ее сплавам (не растворяется в меди и не реагирует с ней) даже при высоких температурах. Азот применяют, как в чистом виде, так и в составе защитного газовой смеси с аргоном Ar (70-90%) + N₂ (30-10%) для сварки меди и ее сплавов.

Возникает логичный вопрос: «Если он образует карбиды, какой смысл его использовать для сварки нержавеющих сталей, в составе которых есть карбидообразующие элементы?»

Все дело в том, что даже сравнительно небольшое содержание N₂ увеличивает тепловую мощность дуги. Именно из-за этого свойства, его чаще всего используют не для сварки, а для плазменной резки.

При сварке полуавтоматом нержавейки добавление небольшого количества азота к смеси аргона с кислородом (95-97,5% Ar, 1% O₂, 1,5-3% N₂) позволяет добиться равномерной аустенитной структуры в сварных швах. При добавлении азота более 10% начинается обильное выделение дыма, но это не оказывает какого-либо негативного влияния на качество сварного шва нержавеющей стали.

При сварке полуавтоматом малоуглеродистых сталей содержание N₂ в газовой смеси более 2% вызывает пористость при сварке в один проход. Концентрация N₂ менее 0,5% вызывает пористость в сварном шве при многопроходной сварке.

Применение смеси Ar c высоким содержанием N₂ для сварки меди и ее сплавов вызывает большое разбрызгивание металла сварочной ванны.

Вредность и опасность азота

Азот относится к нетоксичным газам, но может действовать как простой асфиксант (удушающий газ). Удушье наступает тогда, когда уровень кислорода в воздухе сокращается на 75% или становится ниже нормальной концентрации.

В больших количествах он очень вреден и опасен для организма человека.

Хранение и транспортировка азота

Выпускают азот по ГОСТ 9293 газообразным и жидким. Для сварки и плазменной резки применяют газообразный 1-го (99,6% N₂) и 2-го (99,0% N₂) сортов.

Хранят и транспортируют его в сжатом состоянии в стальных баллонах по ГОСТ 949.

Баллоны окрашены в черный цвет и надписью желтыми буквами «АЗОТ» на верхней цилиндрической части.

Характеристики азота

Характеристики N₂ указаны в таблицах ниже:

Источник