اطلاعات اولیه
اتمسفر زمین ، منبع عظیمی از عناصر
نیتروژن و
اکسیژن و پاره‌ای از
گازهای نجیب و گازهای دیگر است.
ترکیب درصد اتمسفر زمین در سطح دریا
مراحل آنالیز هوا
- جدا کردن بخار آب و دی‌اکسید کربن
- مایع کردن هوا
- تبخیر جزء به جزء هوای مایع
جدا کردن بخار آب و دی‌اکسید کربن
برای بدست آوردن اکسیژن و نیتروژن خالص از هوا ، نخست باید بخار آب و دی‌اکسید کربن هوا را جدا کرد. این عمل ، معمولا با سردسازی مقدماتی هوا یا با استفاده از
ژل سیلیسی که آب را جذب میکند و
آهک که دی‌اکسید کربن را جذب میکند، صورت می‌گیرد.
مایع کردن هوا
سپس ، هوا را متراکم می‌کنند تا فشار آن به 100 برابر فشار اتمسفر برسد. بعد از این ، هوای متراکم را تا دمای اتاق سرد می‌کنند و در اتاقکی وارد می‌کنند تا منبسط شود. انبساط هوای متراکم به‌علت گسسته شدن
نیروهای جاذبه ضعیف لاندن میان مولکولهای گاز ، سرما ایجاد میکند، زیرا شکستن پیوندهای مذکور
انرژی لازم دارد، گاز در حال انبساط انرژی از محیط می‌گیرد.
بنابراین ، هم محیط و هم خود گاز سرد می‌شود. اگر این عمل انبساط تکرار و بطور مناسب کنترل شود، دمای هوای منبسط شده ، به نقطه میعان می‌رسد. دمای هوای مایع معمولا زیر نقاط جوش
نیتروژن ( 195.80- درجه سانتیگراد)
اکسیژن ( 183- درجه سانتیگراد) و
آرگون (189- درجه سانتیگراد) است.
تبخیر جزء به جزء هوای مایع
در مرحله بعد ، این هوای مایع را بار دیگر ، جزء به جزء ،
تبخیر می‌کنند. چون نیتروژن از اکسیژن و آرگون فرارتر است، هوای مایع به اکسیژن و آرگون غنی‌تر می‌شود. در این فرآیند نیتروژن با درجه خلوصی زیاد ( 99.5 + %) و اکسیژن با خلوص 99.5% بدست می‌آید. با ادامه عمل آرگون خالص ،
نئون (نقطه جوش 246- درجه سانتیگراد) و حتی
هلیوم خالص ( نقطه جوش 268.9 - درجه سانتیگراد) تولید می‌شود. البته بیشتر هلیوم تولید شده در ایالات متحده را از
چاههای گاز طبیعی بدست می‌آورند.
شرایط و موارد مصرف اکسیژن
بیشترین اکسیژنی که از جزء به جزء کردن هوای مایع بدست می‌آید، در ساختن
فولاد و مقداری هم برای سوخت موشک (برای اکسید کردن هیدروژن) و انواع دیگر
واکنشهای اکسایشی کنترل شده مصرف می‌شود. اکسیژن مایع ( LOX ) را می‌توان در
فشار اتمسفری در دمای جوش آن ( 183- درجه سانتیگراد) دخیره و حمل کرد.
موادی را که در چنین دماهایی هستند، مواد کریوژن ( Cryogen ) به معنی «
سرمای یخی» می‌نامند. این مواد خطرات خاصی دارند. در تماس با پوست بدن فورا سرما زدگی ایجاد می‌کنند. مواد ساختمانی از قبیل
پلاستیکها ،
درزگیرهای لاستیکی و بعضی از
فلزات ، در چنین دماهایی شکننده هستند و به‌آسانی خرد می‌شوند.
اکسیژن مایع ، واکنشهای اکسید شدن را به‌علت غلظت زیاد اکسیژن تا حد انفجار تسریع میکند. به همین دلیل باید از برقراری تماس اکسیژن مایع با موادی که در هوا می‌سوزند یا محترق می‌شوند، جلوگیری کرد. مخزنهای کریوژنی ، مخصوص نگهداری اکسیژن مایع در واقع بطریهایی با جدار خلاء زیاد شبیه فلاسکهایی است که برای نگهداری سوپ یا چای داغ بکار می‌روند. این نوع مخزنها را در خارج بیمارستانها ، مراکز صنعتی ، روی قطارها و حتی کشتی‌های اقیانوس پیما می‌توان دید.
شرایط و موارد مصرف نیتروژن مایع
نیتروژن مایع نیز یک مایع کریوژن است و در موارد خاصی کاربرد دارد. مثلا در
پزشکی برای سرد کردن موضعی پوست پیش از بیرون کشیدن زگیل یا بافتهای ناسالم بکار می‌رود. چون نیتروژن از لحاظ شیمیایی بی‌اثر است، به‌عنوان ایجاد جو بی‌اثر مثلا در
جوشکاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین منبع مناسبی است برای مواردی که این گاز به حجم زیاد مورد نیاز باشد.
نیتروژن مایع بدلیل بی‌اثری و دمای پایین ، کاربرد وسیعی در تهیه مواد غذایی منجمد و حفاظت آنها در مواقع حمل و نقل دارد. فضاهای شامل نیتروژن ، مثل بعضی واگنهای باری به‌علت فقدان اکسیژن ، از نظر سلامتی کارکنانی که بدون وسایل تنفسی مناسب در آن وارد می‌شوند، مخاطراتی به همراه داشته است.
مباحث مرتبط با عنوان
