Folyékony nitrogén

A folyékony nitrogén az a gáz- dinitrogén, amely forráspontja alatt 77,36  K ( -195,79 ° C ) hőmérsékleten, egy atmoszféra (atm) nyomáson hűtött  . Tiszta folyadéknak tűnik, amelyből fehér gőzök távoznak. A nitrogén kondenzált folyadék először a köd formájában a kémikus és  fizikus francia Louis Paul Cailletet a 1877 , majd néhány nappal később a svájci fizikus Raoul Pictet kaptuk több stabilan 1883 lengyel tudósok Karol Olszewski és Zygmunt Wróblewski a Krakkói Egyetemen ( Uniwersytet Jagielloński ) nagyon gyakori kriogén folyadék , mind a tudományos kutatásban , mind az iparban, főleg alacsony költségei miatt (literenként (körülbelül öt eurócent / liter, vagy körülbelül ötvenszer kevesebb, mint folyékony hélium ).

Például biológiai tudományokban használják biológiai anyagok tárolására vagy őrlésére nagyon hideg hőmérsékleten, ahol az enzimek hatása erősen gátolt.

Az erre a célra fenntartott izoterm palackokban tárolják . A dewart általában laboratóriumokban használják folyékony nitrogén tárolására. Ennek az edénynek a kiváló szigetelése nagyon lassú „forralást” eredményez, amely lehetővé teszi a folyékony nitrogén hosszú megőrzését, és elkerüli a drága hűtőberendezéseket .

A folyékony nitrogén tulajdonságai

Térfogat

A folyékony nitrogén sűrűsége a hőmérséklettől és a nyomástól függ. A folyadék és a gáz közötti egyensúlyi nyomáson a következő értékeket veszi fel:

A forrás hőmérséklet változása nyomással

A nitrogén forráspontja egy atmoszféra nyomása alatt 77,36  K , és nyomással növekszik.

A biológiai laboratóriumban

Folyékony nitrogént alkalmaznak a gyógyászati területen kezelésére szemölcsök , daganatok (jóindulatú vagy rosszindulatú: bőrrák ), a megőrzése szövetek , petesejtek , embriók , sperma vagy csontvelő . Minden cellatípust meghatározott hűtési sebességgel kell lefagyasztani. Ezért a kutatóknak még nem sikerült fagyasztaniuk a teljes, több sejtes szövetből álló szerveket anélkül, hogy azokat megsemmisítették volna.

Krio-őrlés folyékony nitrogénnel

A folyékony nitrogén nagyon alacsony hőmérséklete megakadályozza azoknak az enzimeknek a működését, amelyek képesek lebontani a kivonni kívánt DNS-t, RNS-t vagy fehérjéket, mindaddig, amíg az őrlés után kapott porba nem tudjuk beiktatni ezen enzimek inhibitorait a sejtek középpontjába. .

Növényi mintáknál az őrlést addig folytatjuk, amíg fehéres-zöld színű port nem kapunk (szükség esetén kis mennyiségű nitrogént adunk hozzá az őrlés folytatásához).

Tartomány szerint

Étel

A folyékony nitrogént gyors fagyasztásra ( mélyfagyasztásra ) és élelmiszerek tartósítására használják.

Az emberek, köztük Hervé This , a folyékony nitrogén alkalmazását javasolták a fagylalt készítésének alternatív eszközeként anélkül, hogy a fagylaltkészítőtől megkövetelték volna a jégkristályok képződésének korlátozását.

Ipari

Folyékony nitrogént használnak:

Szállítás

A folyékony nitrogén a folyékony oxigén gyártási folyamata, és meglehetősen olcsó. Egyes kutatók kidolgozták azt az ötletet, hogy energiaforrásként használják a jármű mozgatásához a hengerben való lazítással.

Számítástechnika

A folyékony nitrogént a processzorok extrém hűtésére ( extrahűtés ) is használják, a túlhajtási rekordok elérése érdekében .

Rovarölő szerként használható

A folyékony nitrogént rovarölő szerként is lehet használni mászó kártevők, például csótányok vagy csótányok ellen. Az eljárás egyszerű, de használata végtelen elővigyázatosságot igényel. A technikus lyukakat fúr a fertőzött házak válaszfalaiba, majd folyékony nitrogént önt bele. A nitrogén elpárolog, és jelentősen lehűti a légkört, lehűtve a rovarokat, amelyek azonnal elpusztulnak. Ez az eljárás ritka, de hatékony; az Egyesült Államokban használják,

A használatra vonatkozó óvintézkedések

A folyékony nitrogén (vagy például a folyékony hélium) használatával két fő kockázat jár:

1. kockázata égési a hideg, vagy fagymarást.

2. anoxia kockázata  : biztosítani kell, hogy a folyékony nitrogént tároló vagy felhasznált tér szellőzése elegendő legyen, mivel a folyékony nitrogén, még izoterm palackban is, elpárolog és nagy mennyiségű dinitrogéngázt termel, amely képes csökkenteni a dioxigén aránya a zárt tér környezeti levegőjében, ezért a fulladás vagy inkább az anoxia veszélye . Hogy jobban megértsük a gáz mennyiségét részt, megadható, hogy 1  liter folyékony nitrogén könnyen engedje közel 0,7  m 3 ( 700  liter) a gázállapotú nitrogén elpárologtatásával szobahőmérsékleten. A kockázat az, hogy kissé zárt nitrogén atmoszférában a légzés már nem jut oxigénhez . Kiderült, hogy az oxigén csökkenése a belélegzett levegőben nem okoz fulladásérzetet: ez utóbbi csak a vér szén-dioxid- növekedésének köszönhető , és ez utóbbi eltávolítása még oxigénszegényekben is működik légkör. Ezért az anoxia szinkopót , majd halált okoz minden figyelmeztető jel nélkül . Ezért feltétlenül egy erős hangos és vizuális riasztáshoz csatlakoztatott oximétert kell elhelyezni bármely tároló és mintavételi hely közelében .

Következésképpen a kockázatokra vonatkozó piktogramokat kötelező elhelyezni a létesítményekben (palackokban, tartályokban stb.) És helyiségekben .

Továbbá, amikor egy folyékony nitrogént tartalmazó tartályt a környezeti levegőben hagynak, a folyékony nitrogén párolgása a környezeti oxigén kondenzációjához vezet. Ezért óvakodnia kell a sokáig a szabadban hagyott tartályoktól, mivel a benne lévő folyadékot helyettesíthette folyékony oxigén, a folyékony oxigénhez kapcsolódó összes tűzveszély mellett. A folyékony oxigén nagyon enyhén kékes színű, hőmérséklete 90,188  K  ( -182,96  ° C ).

Megjegyzések és hivatkozások

  1. (in) Faidra Papanelopoulou , "  Louis Paul Cailletet: Az oxigén cseppfolyósítása és az alacsony hőmérsékletű kutatások megjelenése  " , a Royal Society feljegyzései és feljegyzései , vol.  67,2013. december 20, P.  355-373 ( ISSN  0035-9149 és 1743-0178 , PMCID  3.826.198 , DOI  10,1098 / rsnr.2013.0047 , olvasható online , elérhető 27 július 2015 ).
  2. "  Folyékony nitrogén ára  " ,2007.
  3. (in) "  Nitrogén - Sűrűség és fajsúly  " a engineeringtoolbox.com oldalon .
  4. (in) "  TULAJDONSÁGAI NITROGÉN  " , ismeretlen , ismeretlen időpontban ( olvasható online ).
  5. "  Folyékony nitrogén  " [PDF] , az airproducts.com oldalon .
  6. Ordonez CA, „Folyékony nitrogénnel működő, zárt Brayton-ciklusú kriogén hőmotor”, Energiaátalakítás és -kezelés , 41 (4), p.  331-341 , 2000. Ez a kutató és csapata „  a Texasi Egyetem oldalán mutatják be munkájukat  ” ( ArchívumWikiwixArchive.isGoogle • Mit kell tenni? ) (Hozzáférés : 2013. március 20. ) . Más kutatók is dolgoztak ezen a koncepción, például Abe Hertzberg , a Washingtoni Egyetem munkatársa .
  7. Hogyan lehet biztonságosan dolgozni kriogén folyadékokkal? .
  8. Légköri nyomáson, 1  l folyékony nitrogén kibocsátások 640  a nitrogéngázzal ° C-on és 691  s át 15  ° C-on .
  9. Lásd a piktogramokat: [PDF] „fulladásveszély”, „alacsony hőmérséklet”, „kötelező kézvédelem”, „kötelező fejvédelem” és „kötelező szemvédelem”. .