کرایوژنیک نیتروژن مایع — LN2 — نیتروژن در حالت مایع با درجه حرارت بسیار کم (1959 boiling 95 درجه سانتیگراد (77 K ؛-320 درجه فارنهایت) نقطه جوش در سطح دریا است).

نیتروژن اولین بار در 15 آوریل 1883 توسط دانشگاه فیزیکدان لهستانی ، زگمونت وروبلوسکی و کارول اولسوزسکیدر دانشگاه جاگولیون ریخته شداین ماده با تقطیر کسری هوا مایع به صورت صنعتی تولید می شود.

نیتروژن مایع مایعات کرایوژنیک است که می تواند باعث ایجاد انجماد سریع در تماس با بافت زنده شود.  هنگامی که به طور مناسب از گرمای محیط عایق بندی شود ، کرایوژنیک نیتروژن مایع را می توان به عنوان مثال در فلاسک های خلاء ذخیره و انتقال داد.  دما در دمای 77 درجه سانتیگراد با جوشاندن مایع ثابت نگه داشته می شود و در نتیجه تکامل گازنیتروژن حاصل می شود.  بسته به اندازه و طراحی ، مدت زمان نگهداری فلاسک های خلاء از چند ساعت تا چند هفته متغیر است.  توسعه رگ های خلاء فوق عایق تحت فشار ، باعث شده است که نیتروژن مایع ذخیره شده و در طی دورههای طولانی مدت بیشتر شود و تلفات آن به 2٪ در روز یا کمتر منتقل شود.

مشخصات فیزیکی

کرایوژنیک نیتروژن مایع نوعی مایع بی رنگ با چگالی 0.807 گرم در میلی لیتر در نقطه جوش آن (1/95 − 959 درجه سانتیگراد(77 درجه سانتیگراد ؛ 320 درجه فارنهایت)) و ثابت دی الکتریک 1.43 است. [3]

ازت مایع غالباً به اختصار “LN2” یا “LIN” یا “LN” گفته می شود و دارای شماره UN 1977 می باشد. ازت مایع یک مایع دیاتومیک است ، به این معنی که ویژگی دیاتومیک پیوند کووالانسی N در گاز N2 است.  پس از مایع شدن حفظ می شود.

با قرار دادن آن در یک محفظه خلاء که توسط پمپ خلاء پمپ شده است ، دمای نیتروژن مایع به آسانی می تواند به نقطه انجماد آن 63 درجه سانتیگراد (-210 ° C ؛ -346 ° F) کاهش یابد.  راندمان نیتروژن مایع به عنوان یک مایع خنک کننده با این واقعیت محدود می شود که بلافاصله در تماس با یک جسم گرمتر جوش می آید و در عایق بندی گاز ازت باعث جسم می شود.  این تأثیر ، معروف به اثر لیدنفروست ، در مورد هر مایع در تماس با یک جسم به طور قابلت وجهی گرمتر از نقطه جوش آن است.  خنک کردن سریع تر ممکن است با فرو بردن یک جسم به درون یک لکه از نیتروژن مایع و جامد به جای نیتروژن مایع به تنهایی انجام شود.

استفاده می کند

کرایوژنیک نیتروژن مایع یک منبع جمع و جور و به راحتی حمل و نقل گاز ازت خشک است ، زیرا نیازی به فشار ندارد.  علاوه براین ، توانایی آن در حفظ درجه حرارت بسیار کمتر از نقطه انجماد آب ، آن را در طیف گسترده ای از برنامه ها ، به ویژه به عنوان مبرد چرخه باز ، بسیار مفید می کند ،

از جمله: کرایوژنیک در کرایوتراپی برای از بین بردن ضایعات پوستی ناخوشایند و یا به طور بالقوه بدخیم مانند زگیل و کراتوز اکتینیکسایپرز ، باشگاه دانش

ذخیره سلولها در دمای پایین برای کارهای آزمایشگاهی

در علائم بیماری شناسی

در سرماخوردگی برای نشان دادن انجماد سریع توسط تبخیرسایپرز ، باشگاه دانش

به عنوان منبع پشتیبان نیتروژن در سیستم های جلوگیری از آتش هوایی هیپوکسیکسایپرز ، باشگاه دانش

به عنوان منبع گاز نیتروژن بسیار خشک است

برای غوطه وری ، انجماد و حمل و نقل محصولات غذایی

برای انجماد خون ، سلولهای تولید مثل (اسپرم و تخم مرغ) و سایر نمونه ها و مواد بیولوژیکی

برای حفظ نمونه های بافت از برش های جراحی برای مطالعات بعدی

برای تسهیل سرمازدگی از منابع ژنتیکی حیوانات

یخ زدن لوله های آب و روغن به منظور کار بر روی آنها در مواقعی که دریچه ای در دسترس نباشد برای جلوگیری ازجریان مایعات به محل کار.  این روش به عنوان یک جداسازی کرایوژنیک شناخته می شود

برای حفظ کریونیک به امید تغییر مجدد آینده

قطعات ماشین آلات را با هم جوش دهیم

به عنوان یک مایع خنک کننده

برای دوربین های CCD در نجوم

برای یک ابررسانا با دمای بالا به دمای کافی برای رسیدن به ابررسانایی

برای حفظ درجه حرارت پایین در اطراف سیستم خنک کننده هلیوم مایع اولیه آهنرباهای ابررسانا میدان بالا استفاده می شود به عنوان مثال  طیف سنج های رزونانس مغناطیسی هسته ای و سیستم های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی

برای تله های پمپ خلاء و در فرآیندهای تبخیر کنترل شده در شیمیسایپرز ، باشگاه دانش

به عنوان مؤلفه ای از حمام های خنک کننده که در واکنشهای دمای بسیار کم در شیمی مورد استفاده قرار می گیرد

برای افزایش حساسیت سر موشک های جویندگان مادون قرمز از قبیل Strela 3

به طور موقت اجزای مکانیکی را در حین مونتاژ دستگاه کوچک کرده و اجازه می دهد تا مداخلات بهبود یافته متناسبباشد

برای رایانه و اورکلاک شدید

برای شبیه سازی پس زمینه فضا در محفظه خلاء در طول آزمایش حرارتی فضاپیما

در تهیه غذا ، مانند تهیه بستنی فوق العاده صاف.  همچنین به gastronomy مولکولی مراجعه کنید.

در بی اثر بودن فشار و فشار با تزریق مقدار کنترل شده ازت مایع درست قبل از آب بندی یا درپوش

به عنوان یک زیبایی آرایشی نوشیدن یکاثر گلداندودی ، حباب آور.  کوکتل نیتروژن مایع را ببینید.

به عنوان یک وسیله ذخیره انرژی

برای اسپرم گاو

مصرف آشپزی ازت مایع

همچنین ببینید: بستنی § Cryogenics

استفاده از آشپزی نیتروژن مایع در کتاب دستور العمل سال 1890 با عنوان Fancy Ices نویسنده خانم آگنس مارشال ذکر شده است اما در اواخر اخیر توسط رستوران ها در تهیه دسرهای یخ زده مانند بستنی استفاده شدهاست که می تواند  به دلیل سرعتی که در آن غذا خنک می شود ، در چند لحظه در جدول ایجاد می شود. سرمازدگی همچنین به تشکیل کریستال های یخ کوچکتر منجر می شود ، که این دسر را با یک بافت نرم و صاف تریفراهم می کند.

کرایوژنیک این روش توسط سرآشپز Heston Blumenthal که از آن در رستوران خود ، The Fat Duck استفاده کرده است ، استفاده می کند تا غذاهای یخ زده مانند بستنی تخم مرغ و بیکن را ایجاد کند.  ازت مایع نیز درتهیه کوکتل محبوب شده است زیرا می توان از آن برای خنک کردن سریع لیوان یا انجماد مواد تشکیل دهنده استفادهکرد  همچنین برای ایجاد اثر دودی ، به نوشیدنی ها افزوده می شود ، که در اثر تماس قطرات ریز نیتروژن مایع با هوای اطراف ایجاد می شود و بخارهایی که به طور طبیعی وجود دارد را متراکم می کند.

ایمنی

پر کردن یک دیاز نیتروژن مایع از یک مخزن ذخیره سازی

از آنجا که نسبت انبساط مایع به گاز ازت از 1: 694 در دمای 20 درجه سانتیگراد (68 درجه فارنهایت) است ، در صورت تبخیر سریع نیتروژن مایع در یک فضای محصور ، می توان مقدار عظیمی از نیرو ایجاد کرد.  در حادثه ای در تاریخ12 ژانویه 2006 در دانشگاه A&M تگزاس ، دستگاه های تسکین فشار مخزن ازت مایع خراب بوده و بعداً پلمپ شدند.  در نتیجه افزایش فشار بعدی ، مخزن به صورت فاجعه بار ناکام ماند.  نیروی انفجار کافی بود که مخزن را از طریقسقف بلافاصله بالای آن سوار کنید ، یک تیر بتونی مسلح را بلافاصله زیر آن خرد کنید و دیوارهای آزمایشگاه را ۰ 0.1 ۰ .2 ۲.۲ از پایه های آنها ببندید.

به دلیل دمای بسیار پایین آن ، بی دقتی نیتروژن مایع و هرگونه اشیاء خنک شده توسط آن ممکن است منجر به سوختگی شود.  در این حالت هنگام دست زدن باید از دستکش مخصوص استفاده شود.  با این حال ، یک چلپ چلوپکوچک یا حتی ریختن پوست به دلیل اثر لیدنفروست بلافاصله نمی سوزد ، گاز تبخیر شده از نظر حرارتی تا حدیعایق بندی می کند ، مانند دست زدن به یک عنصر داغ خیلی کوتاه با انگشت مرطوب.  اگر نیتروژن مایع قادر بهاستخر در هر نقطه باشد ، به شدت می سوزد.

با تبخیر ازت مایع ، غلظت اکسیژن موجود در هوا کاهش می یابد و می تواند بخصوص در فضاهای محدود مانندآسفسیکس عمل کند.  نیتروژن بی بو ، بی رنگ و بی مزه است و ممکن است بدون هیچ گونه احساس هشداری یاهشدار قبلی تولید آسفکسی کند.

سنسورهای اکسیژن در کار با نیتروژن مایع گاهی اوقات به عنوان احتیاط ایمنی مورد استفاده قرار می گیرند تاکارگران نشت گاز را به یک فضای محدود هشدار دهند.

کشتی های حاوی نیتروژن مایع می توانند اکسیژن را از هوا متراکم کنند.  مایع موجود در چنین رگ به طور فزایندهای با اکسید شدن اکسیژن (نقطه جوش 90 درجه سانتیگراد ؛ 183 درجه سانتیگراد ؛ 298 درجه فارنهایت) غده می شود ومی تواند باعث اکسیداسیون شدید مواد آلی شود.

هضم نیتروژن مایع به دلیل انجماد بافتهایی که با آن در تماس هستند و به دلیل داشتن نیتروژن گازی که در اثر گرمشدن مایع توسط گرمای بدن ایجاد می شود ، می تواند آسیب جدی درونی ایجاد کند.  در سال 1997 ، یک دانشجویفیزیک با نگه داشتن نیتروژن مایع در دهان خود ، اثر Leidenfrost را نشان داد و به طور تصادفی آن ماده را بلعید ، و درنتیجه جراحات تقریباً کشنده ای به همراه داشت.  این ظاهراً اولین مورد در ادبیات پزشکی مصرف نیتروژن مایع بود  در سال 2012 ، یک زن جوان در انگلستان معده خود را پس از خوردن یک کوکتل ساخته شده با نیتروژن مایع برداشته شد.

تولید

مقاله اصلی: جداسازی هوا

کرایوژنیک ازت مایع به صورت تجاری از تقطیر کرایوژنیک هوای مایع یا از مایع شدن ازت خالص حاصل از هوا با استفاده ازجذب نوسان فشار تولید می شود.  از کمپرسور هوا برای فشرده سازی هوای فیلتر شده به فشار زیاد استفاده میشود.  گاز پر فشار به دمای محیط خنک می شود و اجازه می دهد تا با فشار کم گسترش یابد.  هوا در حال گسترش به شدت خنک می شود (اثر ژولتامسون) و اکسیژن ، نیتروژن و آرگون با مراحل بعدی گسترش و تقطیر از هم جدا میشوند.  تولید نیتروژن مایع در مقیاس کوچک با استفاده از این اصل به راحتی حاصل می شود. [نیاز به استناد] ممکن است نیتروژن مایع برای فروش مستقیم تولید شود ، یا به عنوان محصول جانبی تولید اکسیژن مایع مورد استفاده درفرآیندهای صنعتی مانند فولاد سازی باشد.  کارخانه های تولید مایعات هوای مایع با سفارش روزانه تن در روزمحصول در دهه 1930 آغاز به کار کردند اما پس از جنگ جهانی دوم بسیار رایج شدند.  یک گیاه بزرگ مدرن ممکن است3000 تن در روز از محصولات هوای مایع تولید کند