Oxigenul lichid (LC, zhO 2 , LOX [1] ) este un lichid albastru pal care aparține paramagneților puternici . Este una dintre cele patru stări agregate ale oxigenului . Oxigenul lichid are o densitate de 1,141 g/cm³ (la punctul său de fierbere) și este moderat criogenic , cu un punct de îngheț de 50,5 K (-222,65 ° C) și un punct de fierbere de 90,188 K (-182,96 ° C).
Oxigenul lichid este utilizat în mod activ în industria spațială și a gazelor , în operarea submarinelor și este utilizat pe scară largă în medicină . De obicei, producția industrială se bazează pe distilarea fracționată a aerului . Raportul de expansiune al oxigenului la trecerea de la o stare lichidă de agregare la o stare gazoasă este de 860:1 la 20 ° C, care este uneori folosit în sistemele de alimentare cu oxigen pentru respirația în aeronave comerciale și militare - oxigenul este stocat în stare lichidă în un volum mic și, atunci când este necesar, se evaporă pentru a forma un volum mare de oxigen gazos.
Sursa principală și practic inepuizabilă de oxigen lichid este aerul atmosferic: aerul este lichefiat și apoi separat în oxigen și azot .
Datorită temperaturii sale foarte scăzute, oxigenul lichid poate provoca fragilitate materialelor care vin în contact cu acesta.
Densitatea oxigenului lichid crește semnificativ odată cu scăderea temperaturii, de la 1140 kg/m % mai mult oxigen lichid suprarăcit decât fierbere. Acesta a fost folosit pentru prima dată pe rachetele balistice sovietice R-9.
Pentru a explica abaterea proprietăților paramagnetice ale oxigenului lichid de la legea Curie, fizicianul american G. Lewis a propus în 1924 o moleculă de tetraoxigen (O 4 ). [2] Până în prezent, teoria Lewis este considerată doar parțial corectă: simulările computerizate arată că, deși moleculele stabile de O 4 nu se formează în oxigenul lichid [3] , moleculele de O 2 tind de fapt să se împerecheze cu spini opuși , care formează asociații temporare O 2 —O 2 [3] .
Oxigenul lichid este, de asemenea, un agent oxidant foarte puternic : materia organică arde rapid în mediul său cu eliberarea unei cantități mari de căldură . Mai mult, unele dintre aceste substanțe, atunci când sunt saturate cu oxigen lichid, tind să explodeze în mod imprevizibil. Acesta este adesea comportamentul produselor petroliere , inclusiv al asfaltului .
Oxigenul lichid este o componentă oxidantă utilizată pe scară largă în combustibilii pentru rachete , de obicei combinat cu kerosenul . Utilizarea oxigenului se datorează impulsului specific ridicat care se obține atunci când acest oxidant este utilizat la motoarele de rachete . Oxigenul este cel mai ieftin component propulsor folosit. Prima utilizare a avut loc în V-2 BR german, mai târziu în vehiculul american de lansare Redstone BR și Atlas , precum și în ICBM sovietic R-7 . Oxigenul lichid a fost utilizat pe scară largă în ICBM timpurii, dar modelele ulterioare ale acestor rachete nu l-au folosit din cauza temperaturii foarte scăzute și a necesității de realimentare regulată pentru a compensa fierberea oxidantului, ceea ce face dificilă lansarea rapidă. Multe LRE moderne folosesc LC ca oxidant, cum ar fi RD-180 , RS-25 .
Oxigenul lichid a fost, de asemenea, utilizat activ la fabricarea explozivilor „ Oxyliquite ” , care sunt materiale organice poroase impregnate cu oxigen lichid. Cu toate acestea, acum este rar folosit din cauza instabilității proprietăților și a unui număr mare de incidente și accidente.
Ca materiale pentru garnituri de etanșare în sistemele cu oxigen lichid, se folosesc materiale care nu își pierd elasticitatea la temperaturi scăzute: paronită , fluoroplastice , cupru recoapt și aluminiu.
Depozitarea și transportul cantităților mari de oxigen lichid se efectuează în rezervoare din oțel inoxidabil cu un volum de câteva zeci până la 1500 m³, echipate cu izolație termică, precum și în vase Dewar . Carcasa exterioară de protecție a izolației termice poate fi, de asemenea, realizată din oțel carbon. Rezervoarele rezervoarelor de transport sunt, de asemenea, realizate din aliaj AMts. Utilizarea izolației termice sub vid-pulbere sau ecran-vid face posibilă reducerea pierderii zilnice de oxigen la fierbere la un nivel de 0,1–0,5% (în funcție de dimensiunea recipientului) și rata de creștere a temperaturii suprarăcite până la 0,4-0,5 K pe zi.
Transportul oxigenului la fierbere se efectuează cu o supapă de descărcare a gazului deschisă, iar oxigenul suprarăcit se realizează cu o supapă închisă, cu controlul presiunii de cel puțin 2 ori pe zi; când presiunea crește cu mai mult de 0,02 MPa (g), supapa se deschide.
Azotul lichid are un punct de fierbere mai scăzut de 77 K (−196 °C) și dispozitivele care conțin azot lichid pot condensa oxigenul din aer: atunci când cea mai mare parte a azotului se evaporă dintr-un astfel de dispozitiv, există riscul ca reziduul de oxigen lichid să poată reacţionează puternic cu materialele organice. Pe de altă parte, azotul lichid sau aerul lichid poate fi saturat cu oxigen lichid dacă este lăsat în aer liber - oxigenul atmosferic se va dizolva în el, în timp ce azotul se va evapora mai repede.