Lichefierea gazelor include mai multe etape necesare pentru a transforma un gaz într- o stare lichidă . Aceste procese sunt utilizate în scopuri științifice, industriale și comerciale.
Toate gazele pot fi aduse în stare lichidă prin simplă răcire la presiunea atmosferică normală . Cu toate acestea, pentru unele gaze este suficientă o anumită creștere a presiunii ( dioxid de carbon , butan , propan , amoniac , clor ). Altele ( oxigen , hidrogen , argon , heliu , azot etc.) sunt în cilindri în stare comprimată. Faptul este că un gaz nu poate fi lichefiat la o presiune arbitrar de mare dacă temperatura lui este peste așa-numita temperatură critică.. Gazele cu o temperatură critică mult peste temperatura camerei (amoniac, dioxid de sulf , dioxid de carbon etc.) au fost primele care au fost lichefiate și o creștere a presiunii a fost suficientă.
Ecuația de stare van der Waals pentru gazele reale arată că orice gaz poate fi transferat într-o stare lichidă, dar o condiție prealabilă pentru aceasta este răcirea preliminară a gazului la o temperatură sub cea critică. ( Dioxidul de carbon , de exemplu, poate fi lichefiat la temperatura camerei, deoarece temperatura sa critică este de 31,1 °C. Același lucru se poate spune și pentru gaze precum amoniacul și clorul [1] .
Lichefierea este utilizată pentru a studia proprietățile fundamentale ale moleculelor de gaz (de exemplu, forțele intermoleculare de interacțiune), pentru a stoca gaze. Gazele sunt lichefiate în condensatoare speciale, care eliberează căldura de vaporizare și sunt transformate în stare gazoasă în evaporatoare, unde căldura de vaporizare este absorbită [2] [3]
Toate substanțele, inclusiv cele care se află în „condiții normale terestre” în stare gazoasă, pot fi în trei stări principale - lichid, solid și gazos. Fiecare dintre substanțe se comportă conform propriei diagrame de fază , a cărei formă generală este similară pentru toate substanțele. Conform acestei diagrame, pentru a lichefia un gaz, este necesară fie o scădere a temperaturii , fie o creștere a presiunii , fie o modificare a ambilor parametri.
Lichefierea gazelor este un proces complex care implică multe compresii și expansiuni ale gazului pentru a obține presiuni mari și temperaturi scăzute, folosind, de exemplu, expansori .
Oxigenul lichid este folosit în spitale pentru a fi transformat într-o stare gazoasă pentru a fi utilizat de către pacienții cu probleme de respirație. Azotul lichid este utilizat în medicină în criochirurgie, precum și în domeniul fertilizării in vitro pentru înghețarea spermei.
Clorul este transportat în stare lichidă, după care este folosit pentru dezinfectarea apei, igienizarea deșeurilor industriale și a apelor uzate, înălbirea țesăturilor și în multe alte scopuri. Clorul a fost folosit ca armă chimică în timpul Primului Război Mondial , iar substanța a fost găsită în cochilii în stare lichidă, iar când reținerea a fost distrusă, clorul a devenit gazos.
Pentru lichefierea heliului ( 4 He) în ciclul Hampson-Lind (ciclul se bazează pe efectul Joule-Thomson ), omul de știință olandez Kamerling-Onnes Heike a primit Premiul Nobel în 1913. La presiunea atmosferică, punctul de fierbere al heliului lichid este de 4,22 K (−268,93 °C). La temperaturi sub 2,17 K , lichidul 4 Dobândește superfluiditate , pentru descoperirea căruia savantul sovietic P. L. Kapitsa a primit Premiul Nobel în 1978. Heliul lichid în starea sa superfluid capătă proprietăți cu totul noi, cum ar fi vâscozitatea zero .
Lichefierea aerului este utilizată pentru a produce azot , oxigen și argon prin separarea componentelor aerului într-un proces de distilare .
Hidrogenul lichid este folosit ca combustibil pentru rachete .