مایعات کرایوژنیک

مایعات کرایوژنیک

مایعات فوق سرد یا مایعات برودتی یا کرایوژن ها گازهای مایعی هستند که زیر دمای اتاق خنک می شوند.
دمای اکثر مایعات برودتی زیر ۱۵۰- درجه سانتی گراد هستند. نمونه های مایعات کرایوژنیک عبارتند از: نیتروژن مایع، هلیوم مایع- اکسیژن مایع- آرگون مایع
در دسترس بودن مایعات برودتی، بخشی اساسی از زیرساخت های یک جامعه صنعتی و متمدن را تشکیل می دهد. یکی از مهمترین دلایل استفاده از کرایوژن های مایع، اجازه حمل و نگهداری به عنوان مایع در فشار اتمسفر است، نه گاز با فشار زیاد در ظرف های دیواره ضخیم. با این حال، تقطیر هوای مایع (جداسازی هوا) تولید اکسیژن و نیتروژن با خلوص بسیار بالا را امکان پذیر می کند.امری عادی است که گاهی اوقات گیاهانی که تا چند صد تن در روز اکسیژن تولید می کنند، به طور دائم به یک کارخانه شیمیایی متصل می شوند. نیتروژن مایع – که قبلاً یک محصول جانبی از فرآیند بود – در حال حاضر یک محصولی است، که اصولاً به عنوان منبع مناسب تبرید، به ویژه در صنایع غذایی منجمد، مورد استفاده قرار می گیرد.
محصول جانبی مهم دیگر جداسازی هوا،آرگون مایع است که دوباره می تواند با خلوص بسیار بالا تولید شود. برای جوشکاری، این ماده بیشتر به عنوان مایع در کارخانه ذخیره می شود تا اینکه در سیلندرهای فشار بالا تحویل داده شود.
تمام مایعات برودتی به جز هلیم و هیدروژن مانند مایعات “طبیعی” رفتار می کنند، به طور کلی ویژگی های متمایز آنها به طور کلی گرمای خاص کم و آنتالپی تبخیر است. همه برودت های گازی بدون بو هستند و همه برودت های مایع به غیر از اکسیژن که آبی کم رنگ است و فلورین که زرد کم رنگ است، بی رنگ هستند. همه آنها دیامغناطیس هستند به جز اکسیژن که کاملاً مغناطیسی است.
به استثنای اکسیژن، همه گازها داروهای ضد فشار هستند و حتی اکسیژن نیز در غلظت های بیشتر از حدود 60٪ از زندگی انسان پشتیبانی نمی کند. فلوئور و اکسیژن اکسید کننده های قدرتمندی حتی به شکل مایع هستند. برخی از برودت ها قابل اشتعال هستند.
هیدروژن یک مایع غیرمعمول است به این دلیل که این مولکول به دو شکل معروف به ortho و para وجود دارد و دارای خواص تا حدودی متفاوت است. نسبت ارتو به پارا توسط ترمودینامیک معمولی تعیین می شود و به دما بستگی دارد. همچنین ایزوتوپ ها اشکال مختلفی دارند (دوتریم و تریتیوم)
در دماهای پایین، هیدروژن تعادل (e-H2) کاملاً پارا است. در دمای اتاق، نسبت ارتو: پارا 3 است. حالت تعادل در دمای اتاق اغلب به عنوان هیدروژن طبیعی یا هیدروژن n شناخته می شود. انتقال از ارتو به حالت para شامل یک گرمای تبدیل است – که می تواند از آنتالپی تبخیر بیشتر باشد – به طوری که میزان تبخیر هیدروژن اغلب بسیار بیشتر از حد انتظار است. به همین دلیل است که کاتالیزور اغلب در مایعات هیدروژن گنجانده می شود تا اطمینان حاصل شود که فقط پارا هیدروژن در مایع وجود دارد.
هلیوم یکی از مایعات برودتی است که می توان ادعا کرد منحصر به فرد است. به دلیل وزن مولکولی کم و بی اثر بودن شیمیایی، اثرات مکانیکی کوانتوم مهم است. دو شکل ایزوتوپی وجود دارد: شکل طبیعی He4، که دارای هسته ای متشکل از دو پروتون و دو نوترون است. و فرم ساخته شده توسط انسان نسبتاً نادر He3، تنها با یک نوترون. این دو ایزوتوپ به دلیل چرخش هسته ای متفاوت دارای خصوصیات کاملاً متفاوتی هستند. He3 در اینجا در نظر گرفته نمی شود.
HeI به عنوان یک مایع معمولی رفتار می کند. اما بیشتر از مایعات برودتی بیشتر به مراقبت از آن احتیاج دارد، علت اصلی این امر گرمای نهان تبخیر بسیار کم آن است
HeII کاملاً متفاوت است و دارای خواص متنوعی است که از سایر مایعات متفاوت است. به عنوان مثال، از لبه ظرف بالا می رود و از پایین می ریزد. ویسکوزیته کوچک یا صفر و رسانایی گرمایی بسیار زیادی دارد. سرعت جریان از طریق مویرگهای ریز مستقل از سر فشار است و در لوله های با قطر کوچکتر بیشتر است. در صورت عدم وجود هرگونه شیب فشار، ممکن است جریان توسط یک شیب دما ایجاد شود.