Interested Article - Сжижение газов

Сжиже́ние га́зов включает в себя несколько стадий, необходимых для перевода газа в жидкое состояние . Эти процессы используются для научных, промышленных и коммерческих целей.

Газы могут быть приведены в жидкое состояние путём охлаждения при нормальном атмосферном давлении , либо путём сжатия. Уравнение состояния газов Ван-дер-Ваальса показывает, что любой реальный газ можно перевести жидкое состояние, но только при понижении температуры газа ниже критической точки .

Для газов, критическая точка которых находится выше комнатной температуры, достаточно только сжатия: это углекислый газ , бутан , пропан , аммиак , хлор . Углекислый газ , например, можно сделать жидкостью при комнатной температуре, поскольку его критическая температура равна 31,1°C.

Другие газы, такие как кислород , водород , аргон , гелий , азот и другие, могут быть сжижены только при криогенных температурах, поэтому обычно доставляются к потребителю в баллонах под давлением.

Сжижение используется для изучения фундаментальных свойств молекул газа (например, межмолекулярных сил взаимодействия), для хранения газов. Газы сжижаются в специальных конденсаторах, которые выделяют теплоту парообразования, и переводятся в газообразное состояние в испарителях, где теплота парообразования поглощается

Физические основы сжижения газов

Все вещества, в том числе и те, которые в «обычных земных условиях» находятся в газообразном состоянии, могут находиться в трёх основных состояниях — жидком, твёрдом и газообразном. Каждое из веществ ведёт себя согласно своей фазовой диаграмме , общий вид которой для всех веществ похож. Согласно этой диаграмме, для сжижения газа необходимо либо понижение температуры , либо увеличение давления , или изменение обоих этих параметров.

Сжижение газов — сложный процесс, который включает в себя множество циклов сжатий и расширений газа для достижения высокого давления и низких температур, используя, например, детандеры .

Применение сжиженных газов

Жидкий кислород применяется в больницах для преобразования в газообразное состояние и последующего использования пациентами, имеющими проблемы с дыханием. Жидкий азот используется в медицине в криохирургии, а также в области экстракорпорального оплодотворения для замораживания спермы.

Хлор транспортируется в жидком состоянии, после чего он используется для обеззараживания воды, санитарной обработки промышленных отходов и нечистот, отбеливания тканей и многих других целей. Хлор был использован в качестве химического оружия во время Первой мировой войны , и это вещество находилось в снарядах в жидком состоянии, и при разрушении защитной оболочки хлор переходил в газообразное состояние.

За сжижение гелия ( ⁴ He) по (цикл основан на эффекте Джоуля-Томсона ) голландский учёный Камерлинг-Оннес Хейке получил Нобелевскую премию в 1913 году. При атмосферном давлении температура кипения жидкого гелия составляет 4,22 K (−268,93 °C). При температуре ниже 2,17 K жидкий ⁴ He приобретает сверхтекучести , за открытие которой советский учёный П. Л. Капица получил Нобелевскую премию в 1978 году. Жидкий гелий в сверхтекучем состоянии приобретает совершенно новые свойства, такие как нулевая вязкость .