النيتروجين السائل

📅 آخر تحديث: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة
النيتروجين السائل
عرض توضيحي للنيتروجين السائل في مساحة Freeside للمبدعين في أتلانتا، جورجيا، خلال مؤتمر Online News Association في عام 2013
طلاب يقومون بإعداد الآيس كريم منزليًا باستخدام وعاء من النيتروجين السائل

النيتروجين السائل ( LN 2 ) هو النيتروجين في حالة سائلة عند درجة حرارة منخفضة . تبلغ نقطة غليان النيتروجين السائل حوالي -196 درجة مئوية (-321 درجة فهرنهايت؛ 77 كلفن). يتم إنتاجه صناعيًا عن طريق التقطير الكسري للهواء السائل . إنه سائل عديم اللون ومتحرك تبلغ لزوجته حوالي عُشر لزوجة الأسيتون (أي حوالي ثلاثين من لزوجة الماء في درجة حرارة الغرفة ). يستخدم النيتروجين السائل على نطاق واسع كمبرد .

الخصائص الفيزيائية

يتم الاحتفاظ بالصفة ثنائية الذرة لجزيء N 2 بعد التسييل . يؤدي تفاعل فان دير فال الضعيف بين جزيئات N 2 إلى جذب ذري ضئيل. هذا هو سبب انخفاض نقطة غليان النيتروجين بشكل غير عادي . [1]

يمكن خفض درجة حرارة النيتروجين السائل بسهولة إلى نقطة التجمد -210 درجة مئوية (-346 درجة فهرنهايت؛ 63 كلفن) عن طريق وضعه في حجرة مفرغة يتم ضخها بواسطة مضخة مفرغة . [2] إن كفاءة النيتروجين السائل كمبرد محدودة بحقيقة أنه يغلي فورًا عند ملامسته لجسم أكثر دفئًا، ويغلف الجسم بطبقة عازلة من فقاعات غاز النيتروجين. يحدث هذا التأثير، المعروف باسم تأثير لايدنفروست ، عندما يتلامس أي سائل مع سطح أكثر سخونة بشكل ملحوظ من نقطة غليانه. يمكن الحصول على تبريد أسرع عن طريق غمر الجسم في خليط من النيتروجين السائل والصلب بدلاً من النيتروجين السائل وحده. [2]

التعامل

نظرًا لكونه سائلًا مبردًا يجمّد الأنسجة الحية بسرعة ، فإن التعامل معه وتخزينه يتطلب عزلًا حراريًا . ويمكن تخزينه ونقله في قوارير مفرغة من الهواء ، حيث يتم الحفاظ على درجة الحرارة ثابتة عند 77 كلفن عن طريق الغليان البطيء للسائل. اعتمادًا على الحجم والتصميم، يتراوح وقت الاحتفاظ بالقوارير المفرغة من الهواء من بضع ساعات إلى بضعة أسابيع. وقد مكّن تطوير الأوعية المفرغة المعزولة للغاية والمضغوطة من تخزين النيتروجين السائل ونقله لفترات زمنية أطول مع تقليل الخسائر إلى 2 في المائة يوميًا أو أقل. [3]

الاستخدامات

يمكن استخدام النيتروجين السائل لتبريد جهاز كمبيوتر تم رفع تردد تشغيله ، عندما تكون هناك حاجة إلى قدر كبير من التبريد.

النيتروجين السائل هو مصدر مضغوط وسهل النقل لغاز النيتروجين الجاف، لأنه لا يتطلب الضغط. علاوة على ذلك، فإن قدرته على الحفاظ على درجات حرارة أقل بكثير من نقطة تجمد الماء، والحرارة النوعية 1040 J ⋅kg -1 ⋅K -1 وحرارة التبخر 200 kJ ⋅kg -1 تجعله مفيدًا للغاية في مجموعة واسعة من التطبيقات، في المقام الأول كمبرد مفتوح الدورة ، بما في ذلك:

المطبخ

تم ذكر الاستخدام الطهوي للنيتروجين السائل في كتاب وصفات عام 1890 بعنوان Fancy Ices من تأليف أغنيس مارشال ، [14] ولكن تم استخدامه في الآونة الأخيرة من قبل المطاعم في تحضير الحلويات المجمدة، مثل الآيس كريم، والتي يمكن إنشاؤها في غضون لحظات على الطاولة بسبب السرعة التي يبرد بها الطعام. [14] تؤدي سرعة التبريد أيضًا إلى تكوين بلورات ثلجية أصغر، مما يمنح الحلوى ملمسًا أكثر نعومة. [14] يستخدم هذه التقنية الشيف هيستون بلومنثال الذي استخدمها في مطعمه، The Fat Duck ، لإنشاء أطباق مجمدة مثل آيس كريم البيض ولحم الخنزير المقدد. [14] [15] أصبح النيتروجين السائل شائعًا أيضًا في تحضير الكوكتيلات لأنه يمكن استخدامه لتبريد النظارات بسرعة أو تجميد المكونات. [16] يُضاف أيضًا إلى المشروبات لخلق تأثير دخاني، والذي يحدث عندما تتلامس قطرات صغيرة من النيتروجين السائل مع الهواء المحيط، مما يؤدي إلى تكثيف البخار الموجود بشكل طبيعي. [16]

تاريخ

تم تسييل النيتروجين لأول مرة في جامعة ياجيلونيان في 15 أبريل 1883 بواسطة الفيزيائيين البولنديين زيجمونت وروبليوسكي وكارول أولزيوسكي . [17]

أمان

تعبئة ديوار النيتروجين السائل من خزان التخزين

نظرًا لأن نسبة تمدد النيتروجين السائل إلى الغاز هي 1: 694 عند 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت)، يمكن توليد كمية هائلة من القوة إذا تبخر النيتروجين السائل في مساحة مغلقة. في حادثة وقعت في 12 يناير 2006 في جامعة تكساس إيه آند إم ، كانت أجهزة تخفيف الضغط لخزان النيتروجين السائل معطلة وتم إغلاقها لاحقًا. ونتيجة لتراكم الضغط اللاحق، فشل الخزان بشكل كارثي. كانت قوة الانفجار كافية لدفع الخزان عبر السقف فوقه مباشرة، وتحطيم عارضة خرسانية مسلحة أسفله مباشرة، وتفجير جدران المختبر 0.1-0.2 متر عن أساساتها. [18] في يناير 2021، انفجر خط يحمل النيتروجين السائل في مصنع لتجهيز الدواجن في ولاية جورجيا الأمريكية، مما أسفر عن مقتل ستة أشخاص وإصابة 11 آخرين. [19]

بسبب درجة حرارته المنخفضة للغاية، فإن التعامل غير الدقيق مع النيتروجين السائل وأي أشياء تبرد به قد يؤدي إلى حروق باردة . في هذه الحالة، يجب استخدام قفازات خاصة أثناء التعامل. ومع ذلك، فإن رشة صغيرة أو حتى سكب على الجلد لن يحترق على الفور بسبب تأثير لايدنفروست ، حيث يعمل الغاز المتبخر على عزل حراري إلى حد ما، مثل لمس عنصر ساخن لفترة وجيزة جدًا بإصبع مبلل. إذا تمكن النيتروجين السائل من التجمع في أي مكان، فسوف يحترق بشدة.

عندما يتبخر النيتروجين السائل فإنه يقلل من تركيز الأكسجين في الهواء ويمكن أن يعمل كمسبب للاختناق ، وخاصة في الأماكن الضيقة . النيتروجين عديم الرائحة واللون والطعم وقد يسبب الاختناق دون أي إحساس أو تحذير مسبق. [20] [21] [22]

تُستخدم أجهزة استشعار الأكسجين أحيانًا كإجراء احترازي للسلامة عند العمل بالنيتروجين السائل لتنبيه العمال إلى تسرب الغاز في مكان ضيق. [23]

يمكن للأوعية التي تحتوي على النيتروجين السائل أن تكثف الأكسجين من الهواء. ويصبح السائل في مثل هذه الأوعية غنيًا بالأكسجين بشكل متزايد (نقطة الغليان 90 كلفن؛ -183 درجة مئوية؛ -298 درجة فهرنهايت) مع تبخر النيتروجين، ويمكن أن يتسبب في أكسدة عنيفة للمواد العضوية. [24]

يمكن أن يتسبب تناول النيتروجين السائل في حدوث أضرار داخلية شديدة، وذلك بسبب تجميد الأنسجة التي تلامسه وبسبب حجم النيتروجين الغازي المتطور مع ارتفاع درجة حرارة السائل بسبب حرارة الجسم. في عام 1997، ابتلع طالب فيزياء كان يُظهِر تأثير لايدنفروست من خلال وضع النيتروجين السائل في فمه المادة عن طريق الخطأ، مما أدى إلى إصابات شبه مميتة. كانت هذه على ما يبدو أول حالة في الأدبيات الطبية لتناول النيتروجين السائل. [25] في عام 2012، تم استئصال معدة امرأة شابة في إنجلترا بعد تناول كوكتيل مصنوع من النيتروجين السائل. [26]

إنتاج

يتم إنتاج النيتروجين السائل تجاريًا من التقطير بالتبريد العميق للهواء المسال أو من تسييل النيتروجين النقي المشتق من الهواء باستخدام امتصاص التأرجح بالضغط . يتم استخدام ضاغط الهواء لضغط الهواء المصفى إلى ضغط مرتفع؛ يتم تبريد الغاز عالي الضغط مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة، ويُسمح له بالتمدد إلى ضغط منخفض. يبرد الهواء المتمدد بشكل كبير ( تأثير جول-تومسون )، ويتم فصل الأكسجين والنيتروجين والأرجون من خلال مراحل أخرى من التمدد والتقطير. يمكن تحقيق الإنتاج الصغير للنيتروجين السائل بسهولة باستخدام هذا المبدأ. [ بحاجة لمصدر ] يمكن إنتاج النيتروجين السائل للبيع المباشر، أو كمنتج ثانوي لتصنيع الأكسجين السائل المستخدم في العمليات الصناعية مثل صناعة الصلب . بدأ بناء مصانع الهواء السائل التي تنتج حوالي أطنان يوميًا من المنتج في ثلاثينيات القرن العشرين ولكنها أصبحت شائعة جدًا بعد الحرب العالمية الثانية؛ يمكن لمصنع حديث كبير أن ينتج 3000 طن / يوم من منتجات الهواء السائل. [27]

انظر أيضا

  • الوسائط المتعلقة بالنيتروجين السائل في ويكيميديا ​​كومنز

مراجع

  1. ^ Henshaw, DG; Hurst, DG; Pope, NK (1953). "بنية النيتروجين السائل والأكسجين والأرجون بواسطة حيود النيوترون". المراجعة الفيزيائية . 92 (5): 1229–1234. رمز Bibcode :1953PhRv...92.1229H. doi :10.1103/PhysRev.92.1229.
  2. ^ ab Umrath, W. (1974). "حمام التبريد للتجميد السريع في المجهر الإلكتروني". مجلة المجهر . 101 : 103–105. doi :10.1111/j.1365-2818.1974.tb03871.x. S2CID  96286845.
  3. ^ كتاب بيانات الغازات والمعدات المبردة محفوظ في 2014-05-17 على موقع واي باك مشين . aspenycap.org
  4. ^ Wainner, Scott; Richmond, Robert (2003). كتاب رفع تردد التشغيل: تعديل جهاز الكمبيوتر الخاص بك لإطلاق العنان لقوته . No ​​Starch Press. ص. 44. ISBN 1-886411-76-X.
  5. ^ كرم، روبرت د. (1998). التحكم الحراري عبر الأقمار الصناعية لمهندسي النظام . AIAA. ص 89. ISBN 1-56347-276-7.
  6. ^ لجنة ACI رقم 207 – تقرير عن أنظمة التبريد والعزل للخرسانة الضخمة
  7. ^ وصفة آيس كريم النيتروجين السائل أرشيف 2009-12-20 على موقع واي باك مشين ، 7 مارس 2006
  8. ^ النيتروجين السائل – كيفية تحديد الجرعة بشكل فعال Archived 2013-06-16 at the Wayback Machine , June 19, 2012
  9. ^ مخطط الجرعات منتجات الجرعات أرشيف 2013-03-04 على موقع Wayback Machine ، 19 يونيو 2012
  10. ^ Harrabin, Roger (2 October 2012). "الهواء السائل "يقدم أملًا لتخزين الطاقة". BBC. مؤرشف من الأصل في 16 فبراير 2019. تم الاسترجاع 22 يونيو 2018 .
  11. ^ ماركهام، ديريك (3 أكتوبر 2012). "بطاريات الهواء المجمدة يمكنها تخزين طاقة الرياح للطلب الأقصى". تري هوجر . ديسكفري كوميونيكيشنز. مؤرشف من الأصل في 5 نوفمبر 2012. تم الاسترجاع في 22 أكتوبر 2012 .
  12. ^ داير، تيد ج. (فبراير 2010). "تجميد الماشية" (PDF) .[ رابط معطل ]
  13. ^ "تجميد التربة".
  14. ^ abcd "من ماذا لماذا: ما مدى خطورة النيتروجين السائل؟". بي بي سي نيوز . 9 أكتوبر 2012. مؤرشف من الأصل في 9 أكتوبر 2012. تم استرجاعه في 9 أكتوبر 2012 .
  15. ^ والوب، هاري (9 أكتوبر 2012). "الجانب المظلم لكوكتيلات النيتروجين السائل". ديلي تلغراف . مؤرشف من الأصل في 10 أكتوبر 2012. تم الاسترجاع في 12 أكتوبر 2012 .
  16. ^ ab Gladwell, Amy (9 October 2012). "إزالة معدة مراهقة بعد شرب كوكتيل". Newsbeat . BBC. مؤرشف من الأصل في 9 أكتوبر 2012 . تم الاسترجاع في 9 أكتوبر 2012 .
  17. ^ تيلدن، ويليام أوغسطس (2009). تاريخ موجز لتقدم الكيمياء العلمية في عصرنا. BiblioBazaar, LLC. ص 249. ISBN 978-1-103-35842-7. تم أرشفة النسخة الأصلية في 2013-12-31 . تم استرجاعها في 2016-02-28 .
  18. ^ ماتوكس، برينت س. "تقرير تحقيقي عن انفجار أسطوانة 301A الكيميائية" (PDF) . جامعة تكساس إيه آند إم. مؤرشف من الأصل (أعيد طبعه) في 31 أكتوبر 2008.
  19. ^ فوسيت، ويليام؛ ليفنسون، مايكل (28 يناير 2021). "وفاة 6 أشخاص بعد تسرب النيتروجين السائل في مصنع للدواجن في جورجيا". صحيفة نيويورك تايمز . مؤرشف من الأصل في 29 يناير 2021.
  20. ^ جمعية الغازات المضغوطة البريطانية (2000) قانون الممارسة BCGA CP30. الاستخدام الآمن لأوعية ديوار النيتروجين السائل حتى 50 لترًا. محفوظ في 18 يوليو 2007 على موقع Wayback Machine ISSN 0260-4809.
  21. ^ دخول مساحة محصورة - عامل ومنقذ محتمل يتعرض للاختناق محفوظ في 2017-08-29 على موقع واي باك مشين ، دراسة حالة حادثة الاختناق في مصفاة فالرو.
  22. ^ التحقيق بعد وفاة رجل في تسرب كيميائي Archived 2017-01-07 at the Wayback Machine , BBC News, October 25, 1999 .
  23. ^ النيتروجين السائل – مدونة قواعد الممارسة للتعامل معه. المملكة المتحدة: بيركبيك، جامعة لندن. 2007. مؤرشف من الأصل في 2018-06-12 . تم الاسترجاع في 2012-02-08 .
  24. ^ Levey, Christopher G. "Liquid Nitrogen Safety". كلية ثاير للهندسة في دارتموث. مؤرشف من الأصل في 2016-03-05 . تم الاسترجاع في 2012-06-23 .
  25. ^ "طالب يبتلع الأدب الطبي". معهد ووستر للتقنية . 20 يناير 1999. مؤرشف من الأصل في 22 فبراير 2014. تم الاسترجاع في 11 أكتوبر 2014 .
  26. ^ كوكتيل النيتروجين السائل يترك مراهقًا في المستشفى أرشيف 2017-04-12 على موقع واي باك مشين ، بي بي سي نيوز، 8 أكتوبر 2012 .
  27. ^ Almqvist, Ebbe (2003) تاريخ الغازات الصناعية ، Springer، ISBN 0306472775 ص 163 
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=النيتروجين_السائل&oldid=1249067823"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate