الأكسجين السائل

الأكسجين السائل ، والذي يُختصر أحيانًا باسم LOX أو LOXygen ، هو شكل سائل سماوي صافٍ من ثنائي الأكسجين O _2. وقد استُخدم كمؤكسد في أول صاروخ يعمل بالوقود السائل اخترعه روبرت إتش جودارد في عام 1926 ، ^[1] وهو التطبيق الذي استمر حتى الوقت الحاضر.

الأكسجين السائل له لون سماوي واضح وهو مغناطيسي قوي : يمكن تعليقه بين قطبي مغناطيس حدوة حصان قوي . ^[2] الأكسجين السائل له كثافة 1.141 كجم / لتر (1.141 جم / مل)، وهو أكثر كثافة قليلاً من الماء السائل، وهو مبرد بنقطة تجمد 54.36 كلفن (−218.79 درجة مئوية؛ −361.82 درجة فهرنهايت) ونقطة غليان 90.19 كلفن (−182.96 درجة مئوية؛ −297.33 درجة فهرنهايت) عند 1 بار (15 رطل / بوصة مربعة). الأكسجين السائل له نسبة تمدد 1: 861 ^{[3] [4]} ولهذا السبب، يتم استخدامه في بعض الطائرات التجارية والعسكرية كمصدر قابل للنقل للأكسجين للتنفس.

بسبب طبيعته المبردة، يمكن للأكسجين السائل أن يتسبب في أن تصبح المواد التي يلمسها هشة للغاية. الأكسجين السائل هو أيضًا عامل مؤكسد قوي جدًا: ستحترق المواد العضوية بسرعة وبقوة في الأكسجين السائل. علاوة على ذلك، إذا تم نقعها في الأكسجين السائل ، يمكن لبعض المواد مثل قوالب الفحم والكربون الأسود وما إلى ذلك أن تنفجر بشكل غير متوقع من مصادر الاشتعال مثل اللهب أو الشرر أو التأثير الناتج عن ضربات الضوء. غالبًا ما تظهر البتروكيماويات ، بما في ذلك الأسفلت ، هذا السلوك. ^[5]

تم التنبؤ بجزيء رباعي الأكسجين (O ₄ ) لأول مرة في عام 1924 بواسطة جيلبرت ن. لويس ، الذي اقترحه لشرح سبب تحدي الأكسجين السائل لقانون كوري . ^[6] تشير المحاكاة الحاسوبية الحديثة إلى أنه على الرغم من عدم وجود جزيئات O ₄ مستقرة في الأكسجين السائل، فإن جزيئات O ₂ تميل إلى الارتباط في أزواج بدوران متعاكس ، مكونة وحدات O ₄ عابرة . ^[7]

يتمتع النيتروجين السائل بنقطة غليان أقل عند -196 درجة مئوية (77 كلفن) من الأكسجين عند -183 درجة مئوية (90 كلفن)، ويمكن للأوعية التي تحتوي على النيتروجين السائل أن تكثف الأكسجين من الهواء: عندما يتبخر معظم النيتروجين من مثل هذا الوعاء، هناك خطر من أن الأكسجين السائل المتبقي يمكن أن يتفاعل بعنف مع المواد العضوية. وعلى العكس من ذلك، يمكن إثراء النيتروجين السائل أو الهواء السائل بالأكسجين عن طريق تركه في الهواء الطلق؛ يذوب الأكسجين الجوي فيه، بينما يتبخر النيتروجين بشكل تفضيلي.

تبلغ قيمة التوتر السطحي للأكسجين السائل عند نقطة غليانه تحت الضغط الطبيعي 13.2 داين/سم. ^[8]

في التجارة، يتم تصنيف الأكسجين السائل كغاز صناعي ويُستخدم على نطاق واسع للأغراض الصناعية والطبية. يتم الحصول على الأكسجين السائل من الأكسجين الموجود بشكل طبيعي في الهواء عن طريق التقطير الكسري في مصنع فصل الهواء بالتبريد العميق .

أدركت القوات الجوية منذ فترة طويلة الأهمية الاستراتيجية للأكسجين السائل، سواء كمؤكسد أو كمصدر للأكسجين الغازي للتنفس في المستشفيات ورحلات الطائرات على ارتفاعات عالية. في عام 1985، بدأت القوات الجوية الأمريكية برنامجًا لبناء مرافق توليد الأكسجين الخاصة بها في جميع قواعد الاستهلاك الرئيسية. ^{[9] [10]}

الأكسجين السائل هو أكثر أنواع الوقود المؤكسد السائل المبرد شيوعًا لتطبيقات صواريخ المركبات الفضائية ، وعادةً ما يكون بالاشتراك مع الهيدروجين السائل أو الكيروسين أو الميثان . ^{[11] [12]}

استُخدم الأكسجين السائل في أول صاروخ يعمل بالوقود السائل . كما استخدم صاروخ V-2 في الحرب العالمية الثانية الأكسجين السائل تحت اسمي A-Stoff و Sauerstoff . وفي الخمسينيات من القرن العشرين، أثناء الحرب الباردة ، استخدمت صواريخ Redstone و Atlas الأمريكية ، والصاروخ السوفييتي R-7 Semyorka الأكسجين السائل. وفي وقت لاحق، في الستينيات والسبعينيات من القرن العشرين، استخدمت مراحل صعود صواريخ Apollo Saturn ، والمحركات الرئيسية لمكوك الفضاء الأكسجين السائل.

اعتبارًا من عام 2024، تستخدم العديد من الصواريخ النشطة الأكسجين السائل:

• برنامج الفضاء الصيني : لونج مارش 5 ، لونج مارش 6 ، لونج مارش 7 ، لونج مارش 8
• وكالة الفضاء الأوروبية : أريان 6 (قيد التطوير)
• منظمة أبحاث الفضاء الهندية : GSLV
• وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (اليابان): H-IIA ، H3
• معهد كوريا لأبحاث الفضاء الجوي : نارو-1 ، نوري
• روسكوزموس (روسيا): سويوز-2 ، أنغارا
• الولايات المتحدة
  • Blue Origin : New Shepard ، New Glenn (قيد التطوير)
  • فايرفلاي ايروسبيس : فايرفلاي الفا
  • ناسا : نظام الإطلاق الفضائي
  • نورثروب جرومان : أنتاريس
  • مختبر الصواريخ : الكترون
  • سبيس إكس : فالكون 9 ، فالكون هيفي ، ستارشيب
  • تحالف الإطلاق المتحد : أطلس الخامس ، فولكان

• بحلول عام 1845، تمكن مايكل فاراداي من تسييل معظم الغازات المعروفة آنذاك. ومع ذلك، قاومت ستة غازات كل محاولة للتسييل [ ^13] وكانت تُعرف في ذلك الوقت باسم "الغازات الدائمة". كانت هذه الغازات هي الأكسجين والهيدروجين والنيتروجين وأول أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتريك .
• في عام 1877، نجح لويس بول كاييتيه في فرنسا وراؤول بيكتيه في سويسرا في إنتاج أول قطرات من الهواء السائل. ^{[ بحاجة لمصدر ]}
• في عام 1883، أنتج الأستاذان البولنديان زيجمونت وروبليوسكي وكارول أولسزيوسكي أول كمية قابلة للقياس من الأكسجين السائل. ^[14]