Ciekły azot i jego właściwości
Aby odpowiedzieć na pytanie o to, dlaczego ciekły azot paruje, warto na wstępie przyjrzeć się jego właściwościom. To właśnie one są bowiem za to odpowiedzialne. Czym zatem jest ciekły azot i jakie są jego cechy charakterystyczne? Warto mieć świadomość tego, że w praktyce ciekły azot to nic innego jak azot w formie skroplonej. Sam azot nie jest nikomu obcy – w niemal 80% składa się z niego powietrze. To właśnie z powietrza za pomocą specjalnych procesów pozyskuje się azot skroplony.
Najbardziej charakterystyczną cechą ciekłego azotu jest na pewno jego ekstremalnie niska temperatura. Trzeba bowiem zaznaczyć, że jest on tak zimny, że wrze w temperaturze -195,8°C. Poniżej krytycznej temperatury -147°C nie jest zaś w stanie zachować swojej ciekłej formy i błyskawicznie zamienia się w gaz. Poza tym skroplony azot jest niepalny i nietrujący, nie ma też smaku i zapachu. Daje to szerokie możliwości jego zastosowania.
Jak powstaje ciekły azot?
Jak już wiesz, ciekły azot pozyskuje się z powietrza. W tym celu za sprawą specjalnej aparatury przeprowadza się proces separacji. Jak to wygląda w praktyce? Na wstępie powietrze jest oczyszczane, a w kolejnym kroku odprowadza się z niego ciepło. Później poprzez kolumnę rektyfikacyjną oddziela się azot od powietrza. Na ostatnim etapie jest on destylowany w kolumnie nadciśnieniowej. W efekcie zachodzi jego skraplanie, a tym samym azot zyskuje formę cieczy.
Zastosowanie ciekłego azotu
Warto mieć świadomość tego, że ciekły azot jest jedną z najzimniejszych substancji, jakie obecnie znamy. Nic więc dziwnego, że znalazł różnego rodzaju zastosowania. Ze względu na swoją niską temperaturę używany jest m.in. w medycynie. Wykorzystuje się go np. do przechowywania leków i szczepionek, a także do bankowania materiału biologicznego. Znajduje poza tym zastosowanie w dermatologii i w leczeniu zimnem, czyli w krioterapii. Czerpie z niego również weterynaria, nauka, czy też przemysł metalurgiczny. W tym ostatnim stosuje się go np. do cięcia i obróbki metali.
Oprócz tego ciekły azot wykorzystuje się także w przemyśle spożywczym, gdzie stosowany jest on np. do mrożenia, czy też kriomielenia. Parowanie skroplonego azotu można też coraz częściej zobaczyć w różnego rodzaju barach i restauracjach. Służy tam np. do przygotowywania bardzo efektownych wizualnie drinków czy dań kuchni molekularnej.
Dlaczego ciekły azot paruje?
Za parowanie ciekłego azotu odpowiedzialna jest jego niska temperatura. Jak już wiesz, skroplony azot wrze w temperaturze -195,8°C. W zetknięciu z wyższą temperaturą zaczyna się więc gotować, zmieniając swój stan skupienia i obficie parując. Co ciekawe, azot podczas parowania zwiększa swoją objętość nawet 695 razy. Szybkość i obfitość jego parowania są uzależnione od temperatury, z którą ma styczność – im wyższa temperatura, tym parowanie będzie intensywniejsze. Doskonale widać to np. w czasie eksperymentów, w których skroplony azot wlewa się do wrzącej wody.
W praktyce więc ciekłego azotu nie da się w żaden sposób utrzymać w otwartym naczyniu. Szybko traci on bowiem swoją skroploną formę i zamienia się w gaz, a w efekcie zwyczajnie ucieka. Warto wiedzieć, że ma to sporo różnego rodzaju konsekwencji. Omówimy je sobie poniżej.
Parowanie ciekłego azotu a jego przechowywanie
Pod ciśnieniem atmosferycznym ciekły azot może utrzymać swoją ciekłą formę w temperaturze około -196°C. Jest to temperatura skrajnie niska, dlatego praca ze skroplonym azotem stawia przed jego użytkownikami pewne wymagania. Kluczowe są w niej przede wszystkim specjalne pojemniki, które umożliwiają przechowywanie azotu w stanie ciekłym. Są to tzw. naczynia Dewara.
Czym wyróżniają się dewary na ciekły azot? W praktyce są to zbiorniki nieco przypominające swoją budową termos. Posiadają bowiem podwójne ścianki, między którymi znajduje się próżnia techniczna. Za sprawą swojej konstrukcji chronią skroplony azot przed ciepłem, dzięki czemu możliwe jest jego transportowanie i magazynowanie.
Co istotne, dewary nie eliminują parowania ciekłego azotu w 100%. Gaz ten stale stopniowo się z nich ulatnia. Straty skroplonego azotu określa się dobowo, poprzez parametr, jakim jest sprawność naczynia. Przykładowo, jeśli wynosi ona 0,1 l, to oznacza, że w ciągu doby ze zbiornika odparuje 0,1 litra ciekłego azotu. Regularne napełnianie zbiornika jest więc nieuniknione – to, jak często trzeba to robić, zależy w dużej mierze od wybranego naczynia, a konkretniej od jego sprawności i pojemności.
Czy parowanie ciekłego azotu może być niebezpieczne?
Przypomnijmy, że skroplony azot to bezwonna, bezsmakowa, niepalna i nietoksyczna ciecz kriogeniczna. Czy zatem po odparowaniu gaz ten może być niebezpieczny? Z reguły taki nie jest. Warto mieć jednak świadomość tego, że niezwykle ważne jest to, aby prawidłowo przechowywać ciekły azot w dedykowanych zbiornikach. Dlaczego jest to istotne? Przede wszystkim trzeba pamiętać o tym, że skroplony azot podczas parowania wielokrotnie zwiększa swoją objętość. Zamknięcie go w szczelnym, nieodpowiednim do tego celu pojemniku mogłoby więc skończyć się wybuchem.
Pewnego rodzaju zagrożenie mogą powodować też duże wycieki ciekłego azotu w zamkniętych pomieszczeniach, spowodowane np. wylaniem substancji, czy też uszkodzeniem zbiornika. Warto mieć bowiem świadomość tego, że wówczas ulatniający się azot może zmniejszyć zawartość tlenu w powietrzu, co może doprowadzić np. do utraty przytomności. Zbiorniki na ciekły azot powinny być więc dobrej jakości. Z kolei pomieszczenia, w których się je magazynuje, muszą być właściwie wentylowane.
Naczynia na ciekły azot – na co warto zwrócić uwagę przy ich wyborze?
W związku z koniecznością przechowywania ciekłego azotu w niskiej temperaturze i odpowiednich dla niego warunkach warto zwrócić uwagę na wybór dedykowanych do tego zbiorników. Co jest w tym przypadku istotne? Przede wszystkim powinny być to zbiorniki bezpieczne i atestowane.
Poza tym trzeba pamiętać, że ze względu na nieustanne parowanie ciekły azot może być przechowywany w takim zbiorniku przez określoną ilość czasu. W przypadku dewarów dostępnych w naszym sklepie internetowym jest to przykładowo 63 dni przy dewarze o pojemności 6 litrów, czy też 252 dni przy dewarze o pojemności 50 litrów. Z reguły większe zbiorniki pozwalają przechowywać ciekły azot dłużej. Poza tym znaczenie ma wspomniany już parametr, jakim jest sprawność naczynia. Niższa wartość oznacza w tym przypadku mniejsze straty dobowe.
W praktyce warto też mieć na uwadze to, że istnieją dwa rodzaje naczyń na ciekły azot, a mianowicie dewary transportowe i dewary biologiczne. Te pierwsze stosuje się np. przy zaopatrywaniu w skroplony azot firm, restauracji itp. Te drugie są zaś przeznaczone do transportu i magazynowania zamrożonych ciekłym azotem materiałów biologicznych. Są więc stosowane przede wszystkim w medycynie, a niekiedy również w weterynarii.
Jak używać zbiorników na ciekły azot?
Jak już wiesz, parowanie ciekłego azotu jest z reguły nieuniknione. W przypadku użytkowania zbiorników z tą substancją istnieją jednak pewne zasady, których należy przestrzegać, aby ograniczyć straty, a przy tym zachować odpowiedni poziom bezpieczeństwa. Co ma zatem znaczenie?
Po pierwsze, przed napełnieniem zbiornika ciekłym azotem należy taki zbiornik "ostudzić". W tym celu trzeba wlać do naczynia niewielką ilość ciekłego azotu i pozostawić na około 20 minut. Obniży to temperaturę zbiornika i sprawi, że wlany do niego ciekły azot nie będzie tak intensywnie parował.
Poza tym warto pamiętać o tym, że pojemniki z ciekłym azotem powinny być przechowywane z dala od źródeł ciepła, w dobrze wentylowanym pomieszczeniu. Muszą być też ustawione w sposób stabilny, dzięki czemu nie będą narażone na przewrócenie i uszkodzenia. Dotyczy to również ich transportu.
Parowanie ciekłego azotu to bez wątpienia nieodłączny aspekt pracy z tą substancją. Niekiedy bywa fascynujące, innym razem może okazać się nawet niebezpieczne. Warto o tym pamiętać i podchodzić do użytkowania skroplonego azotu z rozsądkiem. Kluczowy jest w tym zakresie na pewno wybór odpowiednich dewarów. W różnych wariantach do wyboru znajdziesz je w ofercie naszego sklepu internetowego.