Nitrogenio liquido - Liquid nitrogen
Nitrogênio líquido - LN 2 - é o nitrogênio no estado líquido a baixa temperatura. O nitrogênio líquido tem um ponto de ebulição de cerca de −195,8 ° C (−320 ° F; 77 K). É produzido industrialmente por destilação fracionada de ar líquido . É um líquido incolor de baixa viscosidade, amplamente utilizado como refrigerante.
Propriedades físicas
O caráter diatômico da molécula de N 2 é retido após a liquefação . A fraca interação de van der Waals entre as moléculas de N 2 resulta em pouca interação interatômica, manifestada em seu ponto de ebulição muito baixo .
A temperatura do nitrogênio líquido pode ser facilmente reduzida ao seu ponto de congelamento -210 ° C (-346 ° F; 63 K), colocando-o em uma câmara de vácuo bombeada por uma bomba de vácuo . A eficiência do nitrogênio líquido como refrigerante é limitada pelo fato de que ele ferve imediatamente ao entrar em contato com um objeto mais quente, envolvendo o objeto em uma camada isolante de bolhas de nitrogênio. Este efeito, conhecido como efeito Leidenfrost , ocorre quando qualquer líquido entra em contato com uma superfície significativamente mais quente do que seu ponto de ebulição. O resfriamento mais rápido pode ser obtido mergulhando um objeto em uma mistura de nitrogênio líquido e sólido, em vez de nitrogênio líquido sozinho.
Manuseio
Como um fluido criogênico que congela rapidamente o tecido vivo, seu manuseio e armazenamento requerem isolamento térmico . Ele pode ser armazenado e transportado em frascos a vácuo , a temperatura sendo mantida constante em 77 K pela fervura lenta do líquido. Dependendo do tamanho e do design, o tempo de espera dos frascos a vácuo varia de algumas horas a algumas semanas. O desenvolvimento de vasos de vácuo superisolados pressurizados permitiu que o nitrogênio líquido fosse armazenado e transportado por períodos mais longos com perdas reduzidas para 2% por dia ou menos.
Usos
O nitrogênio líquido é uma fonte compacta e de fácil transporte de gás nitrogênio seco, pois não requer pressurização. Além disso, sua capacidade de manter temperaturas muito abaixo do ponto de congelamento da água o torna extremamente útil em uma ampla gama de aplicações, principalmente como um refrigerante de ciclo aberto , incluindo:
- na crioterapia para a remoção de lesões cutâneas inestéticas ou potencialmente malignas , como verrugas e ceratose actínica
- para armazenar células em baixa temperatura para trabalho de laboratório
- em criogenia
- em um crióforo para demonstrar o congelamento rápido por evaporação
- como fonte de nitrogênio de reserva em sistemas de prevenção de incêndios aéreos hipóxicos
- como uma fonte de gás nitrogênio muito seco
- para imersão, congelamento e transporte de produtos alimentícios
- para a criopreservação de sangue , células reprodutivas ( espermatozóide e óvulo ) e outras amostras biológicas e materiais
- para preservar as amostras de tecido de excisões cirúrgicas para estudos futuros
- para facilitar a crioconservação de recursos genéticos animais
- congelar tubulações de água e óleo para operá-las em situações em que não haja válvula para bloquear o fluxo de fluido para a área de trabalho; este método é conhecido como isolamento criogênico
- para preservação criônica na esperança de reanimação futura
- para peças de maquinário de encaixe por contração juntos
- como refrigerante
- para câmeras CCD em astronomia
- para um supercondutor de alta temperatura a uma temperatura suficiente para atingir a supercondutividade
- para manter uma baixa temperatura em torno do sistema de resfriamento de hélio líquido primário de ímãs supercondutores de alto campo usados em, por exemplo, espectrômetros de ressonância magnética nuclear e sistemas de imagem por ressonância magnética
- para armadilhas de bomba de vácuo e em processos de evaporação controlada em química
- como um componente de banhos de resfriamento usados para reações de temperatura muito baixa em química
- para aumentar a sensibilidade das cabeças dos buscadores de homing infravermelhos de mísseis como o Strela 3
- para encolher temporariamente os componentes mecânicos durante a montagem da máquina e permitir ajustes de interferência aprimorados
- para computadores e overclocking extremo
- para simulação do fundo do espaço na câmara de vácuo durante o teste térmico da nave espacial
- na preparação de alimentos, como para fazer sorvetes ultra-suaves . Veja também gastronomia molecular .
- na inertização e pressurização do recipiente por meio da injeção de uma quantidade controlada de nitrogênio líquido imediatamente antes da selagem ou tamponamento
- como uma novidade cosmética que dá um "efeito caldeirão" esfumaçado e borbulhante às bebidas. Veja coquetel de nitrogênio líquido .
- como um meio de armazenamento de energia
- no congelamento de gado
Culinária
O uso culinário de nitrogênio líquido é mencionado em um livro de receitas de 1890 intitulado Fancy Ices de autoria da Sra. Agnes Marshall , mas tem sido empregado em tempos mais recentes por restaurantes na preparação de sobremesas congeladas, como sorvete, que podem ser criados em momentos na mesa por causa da velocidade com que esfria os alimentos. A rapidez do resfriamento também leva à formação de cristais de gelo menores, o que confere à sobremesa uma textura mais lisa. A técnica é empregada pelo chef Heston Blumenthal, que a utilizou em seu restaurante, The Fat Duck , para criar pratos congelados como ovo e sorvete de bacon. O nitrogênio líquido também se tornou popular na preparação de coquetéis porque pode ser usado para resfriar copos ou congelar ingredientes rapidamente. Também é adicionado às bebidas para criar um efeito de fumaça, que ocorre quando minúsculas gotículas de nitrogênio líquido entram em contato com o ar circundante, condensando o vapor naturalmente presente.
Origem
O nitrogênio foi liquefeito na Universidade Jagiellonian em 15 de abril de 1883 pelos físicos poloneses Zygmunt Wróblewski e Karol Olszewski .
Segurança
Como a razão de expansão líquido-gás do nitrogênio é de 1: 694 a 20 ° C (68 ° F), uma enorme quantidade de força pode ser gerada se o nitrogênio líquido for vaporizado em um espaço fechado. Em um incidente em 12 de janeiro de 2006 na Texas A&M University , os dispositivos de alívio de pressão de um tanque de nitrogênio líquido estavam com defeito e posteriormente selados. Como resultado do aumento de pressão subsequente, o tanque falhou catastroficamente. A força da explosão foi suficiente para impulsionar o tanque através do teto imediatamente acima dele, estilhaçar uma viga de concreto armado imediatamente abaixo dela e explodir as paredes do laboratório de 0,1–0,2 m de suas fundações.
Por causa de sua temperatura extremamente baixa, o manuseio descuidado do nitrogênio líquido e de quaisquer objetos por ele resfriados pode resultar em queimaduras de frio . Nesse caso, luvas especiais devem ser usadas durante o manuseio. No entanto, um pequeno respingo ou mesmo o derramamento da pele não queima imediatamente por causa do efeito Leidenfrost , o gás em evaporação isola termicamente até certo ponto, como tocar em um elemento quente muito brevemente com um dedo úmido. Se o nitrogênio líquido conseguir se acumular em qualquer lugar, ele queimará gravemente.
À medida que o nitrogênio líquido evapora, ele reduz a concentração de oxigênio no ar e pode atuar como um asfixiante , especialmente em espaços confinados . O nitrogênio é inodoro, incolor e insípido e pode causar asfixia sem qualquer sensação ou aviso prévio.
Sensores de oxigênio às vezes são usados como precaução de segurança ao trabalhar com nitrogênio líquido para alertar os trabalhadores sobre derramamentos de gás em um espaço confinado.
Os vasos contendo nitrogênio líquido podem condensar o oxigênio do ar. O líquido em tal recipiente torna-se cada vez mais enriquecido em oxigênio (ponto de ebulição 90 K; −183 ° C; −298 ° F) conforme o nitrogênio evapora e pode causar oxidação violenta de material orgânico.
A ingestão de nitrogênio líquido pode causar graves danos internos, devido ao congelamento dos tecidos que entram em contato com ele e ao volume de nitrogênio gasoso que se desenvolve à medida que o líquido é aquecido pelo calor corporal. Em 1997, um estudante de física que demonstrou o efeito Leidenfrost ao manter nitrogênio líquido na boca engoliu acidentalmente a substância, resultando em ferimentos quase fatais. Este foi aparentemente o primeiro caso na literatura médica de ingestão de nitrogênio líquido. Em 2012, uma jovem na Inglaterra teve seu estômago removido após ingerir um coquetel feito com nitrogênio líquido. Em janeiro de 2021, uma linha de nitrogênio líquido se rompeu em uma planta de processamento de aves no estado da Geórgia, nos Estados Unidos, matando seis pessoas e ferindo outras 11.
Produção
O nitrogênio líquido é produzido comercialmente a partir da destilação criogênica de ar liquefeito ou da liquefação de nitrogênio puro derivado do ar usando a adsorção por oscilação de pressão . Um compressor de ar é usado para comprimir o ar filtrado a alta pressão; o gás de alta pressão é resfriado de volta à temperatura ambiente e pode se expandir a uma pressão baixa. O ar em expansão esfria muito (o efeito Joule-Thomson ), e o oxigênio, o nitrogênio e o argônio são separados por outros estágios de expansão e destilação. A produção em pequena escala de nitrogênio líquido é facilmente alcançada usando este princípio. O nitrogênio líquido pode ser produzido para venda direta ou como subproduto da fabricação de oxigênio líquido usado em processos industriais, como a siderurgia . As fábricas de ar líquido com produção da ordem de toneladas por dia do produto começaram a ser construídas na década de 1930, mas tornaram-se muito comuns após a Segunda Guerra Mundial; uma grande fábrica moderna pode produzir 3.000 toneladas / dia de produtos de ar líquido.
Veja também
- Liquefação de gases
- Gás industrial
- Refrigeração de computador
- Planta de nitrogênio criogênico
- Motor de nitrogênio líquido