LIQUIFAZIONE DELL'ARIA

LIQUIFAZIONE DELL'ARIA, un processo ottenuto raffreddando l'aria a una temperatura critica di -147°C, alla quale o al di sotto della quale l'aria viene liquefatta sotto pressione. Dopo la ricompressione, seguita dall'espansione ADIABATICA, a questa temperatura, secondo l'EFFETTO JOLE-THOMPSON, compaiono delle goccioline d'acqua.

Dizionario enciclopedico scientifico e tecnico.

Guarda cos'è "LIQUIFICAZIONE DELL'ARIA" in altri dizionari:

Comprende diverse fasi necessarie per convertire un gas in uno stato liquido. Questi processi sono utilizzati per scopi scientifici, industriali e commerciali. Tutti i gas possono essere portati allo stato liquido mediante semplice raffreddamento su ... ... Wikipedia

Il passaggio di una sostanza dallo stato gassoso allo stato liquido. Quest'anno si ottiene raffreddandoli al di sotto della temperatura critica (vedi temperatura critica) (Tk) e successiva condensazione a seguito dell'allontanamento del calore di vaporizzazione (condensazione). ... ... Grande enciclopedia sovietica

Non si potrebbe ritenersi completamente studiato se Dewar non avesse recentemente ottenuto in forma liquida il più difficile da condensare, ovvero l'idrogeno e l'elio. Nell'art. Gas liquefatti (vedi) viene fornita la storia dell'emissione di gas S. ed è già stata descritta la ricevuta ... ... Dizionario Enciclopedico F.A. Brockhaus e I.A. Efron

Ossigeno liquido azzurro in un Dewar. L'ossigeno liquido (LC, English Liquid oxygen, LOX) è un liquido blu pallido, che appartiene a potenti paramagneti. È uno dei quattro stati di aggregazione dell'ossigeno. LCD ... ... Wikipedia

O (ossigeno), un elemento chimico del sottogruppo VIA della Tavola periodica degli elementi: O, S, Se, Te, Po è un membro della famiglia del calcogeno. Questo è l'elemento più comune in natura, il suo contenuto è del 21% (vol.) nell'atmosfera terrestre, nella crosta terrestre in ... ... Enciclopedia Collier

Gas naturale- (Gas naturale) Il gas naturale è uno dei vettori energetici più diffusi Definizione e applicazione del gas, proprietà fisiche e chimiche del gas naturale Indice >>>>>>>>>>>>>>>> … Enciclopedia dell'investitore

Al tempo di Lavoisier (vedi questo nome), la transizione di G. in uno stato liquido e solido sembrava molto probabile, poiché un simile cambiamento di stato fisico si verifica spesso nelle reazioni chimiche (Oeuvres de Lavoisier, vol. II 804). All'inizio del XIX ... ... Dizionario Enciclopedico F.A. Brockhaus e I.A. Efron

- (chem., Ozon tedesco, Ozone francese e inglese) un corpo gassoso, rappresenta finora l'unico caso di modificazione allotropica di una sostanza gassosa elementare; questo è ossigeno, nella cui particella non ci sono due atomi, ma tre. La sua educazione da ... ... Dizionario Enciclopedico F.A. Brockhaus e I.A. Efron

GAS- GAS, sostanze che si trovano in uno stato caratterizzato dal fatto che le molecole della sostanza vengono rimosse a grandi distanze l'una dall'altra e le forze di interazione tra le molecole sono molto ridotte. Studi sperimentali della materia allo stato gassoso ... ... Grande enciclopedia medica

Prefazione 3

PRIMA PARTE
Liquefazione dei gas

CAPITOLO I Primi passi 7
Pressione di vapore dei liquidi - Vapori saturi e insaturi 8
Variazioni della tensione di vapore di vari liquidi a seconda delle proprietà di questi ultimi e della loro temperatura 10
Calore di evaporazione 11
La necessità del freddo per l'esistenza di gas liquefatti a pressione atmosferica 12
Influenza della pressione sul punto di ebollizione 13
Riduzione della pressione 13
Refrigeratori evaporativi 13
Aumento della pressione 15
Possibilità di utilizzare la pressione invece del raffreddamento durante la produzione di alcuni gas liquefatti 16
La trasformazione di un vapore saturo in un liquido sotto l'influenza di una pressione che supera la sua elasticità 18
Reversibilità dei fenomeni di evaporazione e liquefazione 20
Calore di liquefazione 21
Il vapore insaturo, sottoposto a pressione, si comprime come un gas prima di iniziare e passare allo stato di vapore saturo 22
Deviazione dei vapori insaturi dalla legge di Mariotte quando si avvicinano alla saturazione 23
Liquefazione per semplice raffreddamento 25
Liquefazione per semplice pressione 27
Gli esperimenti di Faraday 28
Apparato Tilorie 30
Alcune proprietà dell'anidride carbonica solida 32
Liquefazione e assistenza di compressione e raffreddamento simultanei 33
Gli ulteriori esperimenti di Faraday 33

CAPO II Punto critico 35
Nuovi fallimenti e loro cause 35
Le opere di Cañar de la Tour e il parere di Faraday 37
Esperimenti di Andrews 38
Il punto di picco e le condizioni che lo determinano 42
Classificazione dei gas in base alla loro liquefazione 43
Classifica Andrews 45

CAPO III Liquefazione dei gas permanenti 45
Esperimenti Calhete 45
Prova Pictet 50
Esperimenti di Olszewski e Vroblewski 54
Esperimenti Kamerling-Onnes 56

LA SECONDA PARTE
Liquefazione industriale dell'aria

CAPITOLO IV Espansione Siemens e scambiatore di calore Da Siemens a
Linde 58
Insufficienza del metodo dei cicli multipli 58
Perché l'espansione produce freddo? 59
Due modi principali per espandere 60
La necessità di scambiatori di calore 61
Informazioni sui tentativi falliti 63
Esperimento di Joule e Thomson 64
Metodo e apparato di Gamson 67
Lo scambiatore di calore non è progettato solo per aumentare il raffreddamento 69
Processo e apparato Linde 71
Un po' di storia del mio lavoro 74
Confronto di due metodi di espansione 79
Ampliamento con opere esterne 82
Espansione per semplice scadenza 83

CAPITOLO V Imperfezione dello stato gassoso Le opere di van der Waals 86
Rispettivi stati 94
Comprimibilità dell'aria a basse temperature 100
Le opere di Witkowski 100

CAPO VI Espansione per semplice scadenza 104
Calcolo dell'efficienza 104
Espansione di un gas imperfetto per semplice deflusso 107
Il calo di temperatura durante l'espansione crea un'idea immaginaria ed esagerata dell'effetto di raffreddamento 117
Miglioramenti apportati da Linde al metodo di espansione con lavori interni 117
Calcolo dell'effetto di raffreddamento dell'espansione secondo il metodo Linde 121

CAPO VII Ampliamento con opere esterne 121
Lubrificazione automatica Etere di petrolio 125
Prime esperienze 129
Primi successi 131
Svantaggi dell'espansione con liquefazione nella macchina 132
Liquefazione sotto pressione 135
Applicazione pratica 139
Qualche parola sull'uso dell'energia di espansione 142
Estensione Fine Miglioramento Doppia Estensione 143
Espansione multipla 147
Un altro modo 148
Espansione singola o doppia espansione durante la liquefazione dell'ossigeno sotto pressione 149
Calcolo dell'utilità marginale di un ampliamento con opera esterna 151
La quantità di energia restituita 157
Alimentazione del liquefattore con ossigeno 157
Altri scritti in materia di ampliamento con opere esterne 157

LA TERZA PARTE
Stoccaggio e proprietà dell'aria liquida

CAPO VIII Stoccaggio di aria liquida 160
Compito difficile 160
Primo rimedio per rallentare l'evaporazione 165
Metodo D'Arsonval Recipienti a doppia parete con intercapedine airless 166
Miglioramento di Dewar Vasi con doppie pareti argentate e uno spazio senz'aria tra di loro 170
Apparecchio per trasfusioni Precauzioni necessarie quando si lavora con aria liquida 172
Il grado di idoneità delle navi d'Arsonval e Dewar 175
Usare le basse temperature per creare un vuoto perfetto 177
L'impossibilità di immagazzinare aria liquida in recipienti chiusi 178
CAPO IX Proprietà fisiche e applicazione dell'aria liquida 179
Colore 179
Modifica del punto di ebollizione delle miscele di ossigeno e azoto a seconda della loro composizione 180
Modifica del punto di ebollizione o liquefazione con pressione 182
Densità di aria liquida, ossigeno liquido e azoto liquido 184
Calore di vaporizzazione dell'aria liquida: Utilizzare come refrigerante 185
Capacità termica dell'aria liquida 187
Fenomeni eccezionali causati dallo stato sferoidale 187
Innocuità dell'aria liquida per Germs 190
Proprietà magnetiche dell'aria liquida 191
Alcune conseguenze del raffreddamento ad aria liquida della mezza fiamma di un becco Bunsen 192
Solidificazione di vari corpi in aria liquida 193
Anomalia cutanea 195
Modifica dell'adesione dei metalli 195
Liquidi congelanti: mercurio, alcol, ecc. 197
Etere di petrolio Esperimenti di d'Arsonval Termometri ad aria liquida 198
Ottenere nuovi gas dall'atmosfera Atti di V Ramsay Liquefazione dell'elio 200
Congelamento del gas Produzione industriale di idrogeno 202
Congelamento dell'aria 202
Liquefazione dell'aria atmosferica 204
Proprietà del carbone a temperatura dell'aria liquida. Produzione industriale di alto vuoto 205
Possibili applicazioni delle proprietà del carbone refrigerato - Produzione di lampade ad incandescenza Contenitori metallici per aria liquida 209
Produzione di ossigeno liquido in prossimità di cascate 210
Applicazione delle proprietà di assorbimento del carbone nella fabbricazione di tubi al neon 212
Assorbimento di vari gas da parte del carbone Anomalia dell'idrogeno 213
L'uso del carbone raffreddato per la separazione dei gas nobili 215
Capacità termica dei corpi alle basse temperature 216
Resistenza elettrica dei metalli alle basse temperature 216
Opere di Kammerling-Onnes Un grado dallo zero assoluto 217
Proprietà magnetiche dei metalli alle basse temperature 219
Cambiamenti di colore Fosforescenza 219
Esperimenti di J. Becquerel, P. Lebo e altri 220
L'uso di aria liquida per il montaggio di anelli metallici, ecc. 220
Applicazione di aria liquida come forza motrice 221
Riduzione dell'affinità chimica alle basse temperature 223
CAPO X Proprietà e applicazioni dell'ossigeno liquido 224
Combustione in ossigeno liquido 225
Esplosività 227
Esplosivi con ossigeno liquido 228
Lo stato attuale della questione dell'uso dell'ossigeno liquido come esplosivo 233
Altre applicazioni dell'ossigeno liquido 235
Veicoli di soccorso Applicazione dell'ossigeno liquido in medicina 235
Respiratori per aviatori 239
Conversione a basse temperature di ossigeno in ozono 240

PARTE QUARTA
Separazione dell'aria nei suoi elementi costitutivi

CAPO XI Considerazioni generali Vari metodi 241
Significato di questo problema 241
La separazione dell'aria in elementi richiede energia 242
Vari modi per l'ossigeno dall'aria 246

CAPITOLO XII Alcune caratteristiche dell'evaporazione dell'aria liquida
Idea di Parkinson 247
Caratteristiche dell'evaporazione dell'aria liquida 248
Gli esperimenti di Bailey 251

CAPO XIII Recupero del freddo 253
Evaporazione e liquefazione simultanee 254
La necessità di comprimere l'aria liquefatta 258
La necessità di ulteriore freddo 259
Indicatori di livello per aria liquida 261
CAPITOLO XIV Vari metodi di evaporazione sequenziale 263
Il primo apparato di Linde (1895) 263
Apparato Gamson (1896) 265
Gruppo di apparecchi 266
Metodo Pictet (1899) 267

CAPITOLO XV L'ossigeno nell'aria è il primo a liquefare 268

CAPO XVI Alcune considerazioni sulla liquefazione delle miscele di gas 272
Liquefazione di miscele di gas a temperatura costante 274
Il metodo grafico di Duhem e la sua applicazione per determinare i gradi corrispondenti 281

CAPO XVII Applicazione della liquefazione preliminare dell'ossigeno atmosferico 284
Reflusso preliminare (1902) 291
CAPITOLO XVIII Rettifica 297
Apparecchio Linde (1902) 298
Apparato di Levy e Gelbronner (1902), Pictet (1903) 300
Apparecchio J. Claude 300
Indicatori della quantità di fluido 301
Ottenere due liquidi diversi in un unico bagno liquido 301
Condizioni necessarie per una corretta rettifica 303
Miglioramenti nella produzione di liquido magro 304
Applicazione pratica dell'apparecchio preliminare a riflusso con "ciclo unico" 306
Scambiatori di calore a due scomparti 309
Efficienza termodinamica nella separazione degli elementi d'aria per liquefazione 309
Altri metodi - Reliquefazione (Levi, Gelbronner) 312
Vari metodi per la separazione parziale di ossigeno e azoto durante la liquefazione dell'aria - Principio dell'aumento dell'autodepurazione dell'azoto - Metodo P Levy (1903) 313
Produzione di azoto 4hctocq, metodo Linde 316
Il nuovo dispositivo di Linde
Apparecchio per ossigeno liquido 318
Apparecchio Le Rouge (O-in G Air Liquide) 319
Apparato Messer 321
Apparato Industriegas-Gesellschaft 322
Schema razionale dell'apparecchio per ossigeno liquido 324

CAPITOLO XIX Sfruttamento dell'apparato 324
Purificazione dell'aria 324
Decarbonizzazione 325
Fresco secco 327
Schema Linde 327
Scambiatori di calore di J. Claude con sbrinamento 328
La quantità di freddo consumato durante il raffreddamento dell'essiccazione 330
Avvio dell'apparato O-va lAir Liquide 330
Utilizzo dell'energia di espansione 335
Infortuni avvenuti durante il funzionamento dei dispositivi 338

CAPO XX Produzione di gas nobili 344
Elio e neon 345
Determinazione del contenuto di neon ed elio nell'aria atmosferica 346
Elio, ammoniaca e aeronautica 347
Elio negli Stati Uniti e in Canada 348
Argon 351
Krypton e xeno 354

PREFAZIONE
Ventisette anni fa sono stato definito un utopista dopo ogni discorso pubblico che ho fatto in cui ho dimostrato l'aria liquida e le sue proprietà e ho cercato di prevedere tutte quelle applicazioni di essa, ad eccezione della ricerca di laboratorio che è stata successivamente svolta.
Ma Georges Claude è andato ancora più in là nelle sue ipotesi di me e aveva ragione - quindi, con piena fede e convinzione, potrei concludere la prefazione al libro che pubblicò nel 1903 con le seguenti parole: "La liquefazione dell'aria su un industriale scale non è solo una rivoluzione scientifica, ma anche - e soprattutto - una rivoluzione economica e sociale. "Tutto il ricco contenuto che Claude ha messo nella sua prima opera, la cui nuova edizione offre in questo libro, conferma pienamente le ipotesi che ho fatto 27 anni fa.
Questa non è solo una presentazione, è un'opera di natura completamente originale e in cui l'autore non si accontenta del ruolo di storico nel suo campo.
B. per molti anni, J. Claude ha dato instancabilmente nuovi contributi alla soluzione di questo problema. Ha creato queste pagine non come descrizione istruttiva dell'industria della liquefazione dell'aria, ma principalmente presentando il suo lavoro e le teorie da lui create, che hanno finora avanzato le nostre conoscenze non solo nel campo della scienza, ma anche nel campo di applicazione della risultati scientifici nell'industria.
Ho seguito instancabilmente tutte le ricerche di Claude e riportato i risultati più significativi agli incontri delle Accademie delle Scienze. Da alcuni capitoli di questo libro si possono capire da sé i percorsi lungo i quali queste ricerche sono avanzate, e da essi si può giudicare con quale sicurezza e velocità si muove la pratica quando è guidata da una teoria scientifica chiara e ben consolidata.
Claude appartiene a quei brillanti esploratori che combinano l'osservazione curiosa di uno scienziato di laboratorio con la mente sobria di un praticante. Nessuna teoria è completa per lui.
valori fino a quando non ha l'opportunità di metterlo sui binari dell'applicazione pratica.
Ciò è confermato da molti esempi tipici forniti in questo libro. Ne indico alcuni:
1) Apparecchio per la produzione di aria liquida mediante espansione con l'opera esterna prodotta. La teoria dimostra la superiorità di questo metodo di lavoro rispetto ad altri, ma la sua applicazione pratica è fallita, nonostante il fatto che scienziati ed eminenti ingegneri abbiano ripreso l'implementazione. "La teoria ha sempre ragione", dice Claude, e, senza perdersi d'animo per il fallimento che ha colpito i suoi eccezionali predecessori, analizza scrupolosamente ciò che esattamente nell'applicazione pratica non soddisfa la teoria.
Durante questi lavori, ha scoperto un modo per lubrificare le macchine funzionanti a basse temperature con etere di petrolio. Dopo questa scoperta, l'apparato iniziò a funzionare, ma produceva solo 0,20 litri di aria liquida per potenza/ora. "Ovviamente, la teoria non è ancora sufficientemente soddisfatta", decide Claude. Studia attentamente questo fenomeno e, attraverso un'analisi sottile, stabilisce con certezza che, in effetti, la teoria non è soddisfatta. È convinto che alla bassissima temperatura alla quale opera la sua macchina, l'aria non rappresenti più quel gas ideale che in teoria si accetta: «non è ancora un liquido», dice, «ma quasi non è più un gas. Dopodiché, cerca di aumentare la temperatura alla quale si verifica l'espansione per soddisfare la teoria. Passa alla riduzione della pressione, quindi alla liquefazione dei composti, quindi alla liquefazione critica dell'ossigeno e così via.
La teoria è soddisfatta e l'uscita di aria liquida raggiunge gradualmente 0,66, 0,85, 0,95 litri per potenza/ora.
Sì, la teoria è sempre giusta, ma... nelle mani giuste.
2) Tra i punti di ebollizione dei due componenti dell'aria - ossigeno e azoto - c'è una differenza significativa. La capacità dell'azoto di evaporare più velocemente dell'ossigeno ha fornito la base per un processo che ha risolto economicamente il problema della separazione dei due gas. I più piccoli dettagli del processo di evaporazione sono stati attentamente studiati dal Prof. Linde, elaborato da Bali e altri (e non sono sorte polemiche). La teoria del fenomeno opposto, vale a dire la condensazione dell'aria gassosa, ha suscitato polemiche: Dewar (Dewar) credeva che entrambi gli elementi dell'aria condensano simultaneamente; Linde ha condiviso questo punto di vista. Pictet è andato ancora oltre e credeva che fosse l'azoto, cioè il gas più volatile, a condensare per primo. Bisognava decidere quale di queste teorie fosse corretta, perché se entrambi i gas condensano contemporaneamente, allora ovviamente tutta l'aria deve essere completamente liquefatta per separarne gli elementi; se uno dei gas condensa prima dell'altro, sarà sufficiente una liquefazione parziale per ottenere questa separazione.
Claude fu profondamente colpito dalla teoria di Dewar, che contraddiceva le leggi fondamentali della fisica. Come proposizione generale, ha ragionato, il fenomeno della liquefazione è sempre l'inverso del fenomeno dell'evaporazione e l'aria può comportarsi diversamente solo se esiste qualche curiosa anomalia. Claude inizia a fare esperimenti ei loro risultati coincidono completamente con le sue stesse ipotesi e con le teorie di Gibbs'a, Van-der-Va al s'a e Duhem'a. Ne troveremo un'esposizione dettagliata nel capitolo sulla liquefazione delle miscele di gas.
Grazie ad un metodo estremamente abile, Claude ha potuto utilizzare questa proprietà. Liquefacendo una parte relativamente piccola dell'aria trattata, ottenne direttamente, senza previa evaporazione, un liquido molto ricco di ossigeno contenente quasi tutto l'ossigeno nell'aria trattata. Questo metodo consiste nei cosiddetti flussi inversi. Consente di separare completamente tutto l'ossigeno contenuto nell'aria trattata liquefacendone solo la metà.
Claude procede immediatamente all'applicazione pratica dei miglioramenti che ha ottenuto. I risultati sono immediati. La produzione di aria liquida e la decomposizione di quest'ultima nei suoi elementi (effettuata per la prima volta dal Prof. Linde in Germania con l'ausilio di metodi estremamente abili da lui scoperti, si è molto sviluppata in Francia e in altri paesi, grazie al metodo di Claude, sfruttato dalla Società nL'air Liquide".
Oltre al suo particolare interesse, questo libro fornisce una nuova conferma dell'opinione, che ho più volte espresso, che la scienza applicata può correggere le leggi insufficientemente fondate stabilite dalla cosiddetta scienza pura. Qualsiasi legge fisica può considerarsi realmente stabilita solo dopo essere stata accettata su larga scala industriale; nella scienza pura è possibile sbagliare stabilendo leggi insufficientemente precise senza conseguenze particolarmente dannose; in una vasta industria, questo fenomeno o è del tutto impossibile, oppure l'errore colpisce in breve tempo, portando al collasso. Proprio queste proposte sono state da me sostenute quando la questione della tempestività dell'apertura della Sezione Industriale è stata discussa all'Accademia delle Scienze, sotto la mia presidenza. Il lavoro di Claude mi ha dato ragione.
In conclusione, ritengo necessario prestare attenzione a una delle parti più interessanti, che compare almeno per la prima volta.
in questa edizione è un capitolo in cui l'autore espone le difficoltà che ha dovuto superare nella ricerca di metodi tecnicamente fattibili per l'estrazione incidentale dei gas nobili in essa contenuti, spesso in dosi microscopiche, dall'aria, ottenendoli come sottoprodotti nella produzione di azoto e ossigeno. Oltre a queste scoperte scientifiche estremamente interessanti, divenute proprietà della realtà, Claude non ha dubbi che sarà in grado di trovare nuove applicazioni per le meravigliose proprietà che possiedono questi gas nobili.
Dr. d'Arsonval.
Membro dell'Istituto.
Nogent sulla Marna.
16 aprile 1925

PRIMA PARTE.
LIQUIFAZIONE DEI GAS.

CAPITOLO I
Prime fasi.
Una delle branche più interessanti della fisica è quella che si occupa della liquefazione dei gas, e prima di passare all'esame di questioni relative al problema della liquefazione dell'aria, non possiamo passare sotto silenzio quei numerosi lavori che si sono conclusi - solo di recente - con il completo dominio della scienza sullo stato liquido e gassoso dei corpi.
Nel campo della liquefazione dei gas, le conclusioni teoriche hanno notevolmente superato la loro attuazione pratica. I fisici hanno osservato come i liquidi ordinari, sotto l'influenza del calore, si trasformino in vapori, mobili e leggeri come i gas; sotto l'influenza del raffreddamento, questi vapori tornavano facilmente al loro stato originale, trasformandosi in un liquido. La domanda è sorta davanti agli scienziati: non sono anche i gas - naturali o ottenuti chimicamente - vapori di liquidi, ma liquidi speciali, incomparabilmente più volatili di quelli ordinari, e che bollono a bassissime temperature.
Non erano questi i pensieri che occuparono il famoso Swift quando compose il seguente estratto dai suoi Viaggi di Gulliver (3a parte, Viaggio a Laputa, cap. V - Descrizione delle accademie di Lagado
“C'erano 50 operai sotto il comando del grande scienziato. Alcuni condensavano l'aria, rendendola tangibile, estraendone azoto e facendo evaporare particelle fluide e acquose, ecc.”.
Dopotutto, questo è un quadro completo della produzione di aria liquida, ossigeno e azoto - e tutto questo nel 1726!
Dopo Swift, il concetto della capacità dei gas di liquefarsi è chiarito dalle parole profetiche di Lavoisier riportate di seguito. Durante il tempo in cui
) Questo curioso confronto è stato portato alla mia attenzione dall'Ing. G. Steingel.
anche i gas facilmente liquefatti non potevano essere liquefatti, osò dire il famoso chimico:
"Se la terra entrasse improvvisamente in un mezzo di temperatura molto bassa, come quella di Giove o Saturno, per esempio, l'acqua che ora forma i nostri fiumi e mari, e probabilmente la grande maggioranza dei liquidi a noi noti, si trasformerebbe in montagne e rocce solide. In questo caso l'aria, o almeno parte dei gas che la compongono, cambierebbero il suo stato, trasformandosi in un liquido da un gas invisibile che esiste per il fatto di trovarsi in un ambiente con una temperatura sufficientemente elevata, mentre il passaggio di l'aria formata da uno stato all'altro sarebbe liquidi nuovi, fino ad allora nemmeno prevedibili.
Così, partendo da Lavoisier, si afferma che i tre stati della materia - solido, liquido e gassoso - sono una serie sequenziale, con ciascuno stato dipendente dalla temperatura ambiente.
La scienza moderna ha confermato per tutti i corpi, almeno quelli che non si decompongono quando riscaldati, la completa regolarità e generalità di questa conclusione.
Senza altre premesse, passiamo ora allo studio della questione della liquefazione dei gas, dopo aver ricordato tutte quelle leggi che regolano sia l'evaporazione dei liquidi che la condensazione dei loro vapori.
Elasticità al vapore dei liquidi. - Vapori saturi e insaturi.
Sulla fig. 1 mostra un tubo barometrico riempito di mercurio e immerso con la sua estremità aperta in un recipiente con mercurio. In questo caso si forma un vuoto nello spazio E; è noto che la pressione atmosferica è determinata dall'altezza della colonna di mercurio AB (circa 760 mm). Introduciamo nel tubo barometrico con l'aiuto di una pipetta piegata alcune gocce di un liquido: acqua, alcool, ecc. Questo liquido, raggiunta la superficie libera del mercurio, evaporerà nello spazio vuoto Ey e vedremo che il livello di mercurio, sotto l'influenza dei vapori formati, diminuirà dal livello B iniziale al nuovo livello C (Fig. 2). L'altezza del velivolo determina la forza di elasticità o la pressione dei vapori formati nelle condizioni in cui viene eseguito l'esperimento. Nella produzione di questo esperimento, sono possibili 2 opzioni:
1) Il fluido viene introdotto nel tubo in eccesso; in questo caso, solo una parte di questo liquido evaporerà. In barometrico
lo spazio E conterrà il numero massimo di vapori che può contenere, cioè il vapore sarà, come viene comunemente chiamato, r saturo. La diminuzione del livello di mercurio in questo caso sarà massima ed è interessante notare che tale diminuzione ad una data temperatura è un valore rigorosamente definito e costante, indipendentemente dalla quantità di liquido in eccesso introdotto nel tubo. Possiamo dire che l'elasticità del vapore saturo ad una certa temperatura è una quantità fisica costante e caratterizza il liquido nella stessa misura in cui è caratterizzato dalla densità o dal punto di ebollizione.
2) Il liquido introdotto nel tubo evapora completamente, pertanto la sua quantità si è rivelata insufficiente a formare la quantità di vapore che può entrare nel tubo. In questo caso il grado di riduzione del livello di mercurio non sarà di un certo valore, come nel primo caso, e dipenderà dalla quantità di liquido introdotto. Ed è abbastanza chiaro che se viene introdotta una piccola quantità di liquido, la diminuzione del livello di mercurio sarà insignificante.
Pertanto, la pressione del vapore insaturo non è un valore definito e può variare a seconda della quantità di liquido iniettato entro i limiti di fig. 1, 2 e 3.
Dobbiamo prestare la dovuta attenzione all'essenza del concetto di vapore insaturo, perché, come impareremo in seguito, i gas sono un fenomeno dello stesso ordine, cioè sono vapori insaturi.
Variazioni della tensione di vapore di vari liquidi a seconda delle proprietà di questi ultimi e della loro temperatura.
La tensione di vapore di vari liquidi alla stessa temperatura è tanto maggiore quanto più volatili sono questi liquidi. Quindi, ad esempio, l'elasticità del vapore acqueo a 20°e è 17,4 mm, cioè a 20° il livello della colonna di mercurio (nel tubo barometrico) diminuisce quando l'acqua viene introdotta nel tubo di 17,4 mm ; la tensione di vapore dell'alcool ordinario alla stessa temperatura è di 44 mm, quella del vapore di alcol di legno è di 95 mm e quella del vapore di etere è di 442 mm; la sequenza di questi numeri ci mostra simultaneamente l'ordine di volatilità di questi liquidi.
D'altra parte, la tensione di vapore dello stesso liquido aumenta rapidamente all'aumentare della temperatura Proviamo a riscaldare gradualmente il nostro tubo barometrico E- sotto l'influenza di una sempre maggiore evaporazione del liquido, il cui vapore sale al di sopra del mercurio , il livello di quest'ultimo decresce con l'aumentare della velocità e l'elasticità del vapore acqueo a 30° sarà di 31,5 mm, a 50° - 92 mm ea 75° - 288,5 mm.
Man mano che la temperatura continua a salire, vedremo che il calo del livello di mercurio accelererà, e ad un certo momento (Fig. 3), sotto l'influenza del vapore saturo del liquido (che è sempre in eccesso nel tubo), il livello di mercurio nel tubo barometrico raggiungerà il livello di mercurio nel recipiente A (Fig. 3). Ovviamente, in questo momento, la tensione di vapore sarà esattamente in equilibrio con la pressione atmosferica e sarà quindi pari a 760 mm .
Se in questo momento misuriamo la temperatura, vedremo che è pari a 100°, cioè il punto di ebollizione dell'acqua a pressione atmosferica. Formuliamo questo fenomeno estremamente interessante come segue:
Il punto di ebollizione di un liquido a pressione atmosferica è anche la temperatura alla quale la tensione di vapore di questo liquido è pari a un'atmosfera.
Tutte le leggi della natura hanno il loro significato profondo, ma siamo così raramente in grado di svelarle che ogni caso dovrebbe essere notato. Qui abbiamo questo caso. Quanto
9 Per fare ciò, seguire il tubo barometrico mostrato in fig. 1 - 3 e 5 - 13 g coprire con un manicotto di vetro e, tra la parete interna del manicotto e la parete esterna del tubo, portare l'acqua o un altro liquido riscaldato alla temperatura desiderata.
È noto che le bolle, solitamente osservate durante l'ebollizione, iniziano a formarsi in un liquido solo quando i vapori riescono a bilanciare la pressione atmosferica agendo sul liquido con la loro elasticità.
Fino a quando la pressione del vapore non raggiunge questo valore, non si possono formare bolle di vapore e si osserva solo una lenta evaporazione superficiale, ma non l'ebollizione.
Calore di evaporazione.
Considera i fenomeni che si verificano quando un liquido viene riscaldato in un recipiente aperto. È noto che la temperatura di questo liquido aumenterà continuamente fino al raggiungimento del punto di ebollizione, dopodiché l'aumento della temperatura si interromperà immediatamente, indipendentemente dalla forza della fonte di riscaldamento. Il cambiamento dello stato fisico del liquido, da un lato, e, dall'altro, l'enorme aumento del suo volume che si verifica durante la vaporizzazione con il superamento dell'opposizione della pressione atmosferica, richiedono un notevole dispendio di energia, che si ottiene a causa del notevole assorbimento di calore. Qualche idea remota della quantità di calore spesa nella vaporizzazione ci regala quella sensazione di freddo che ognuno prova su se stesso all'uscita dal bagno, quando c'è una lenta evaporazione dell'acqua rimasta sul corpo.
Finché il liquido che stiamo riscaldando non bolle, una debole evaporazione superficiale provoca un corrispondente debole assorbimento di calore e quasi tutto il calore rilasciato dalla fonte di riscaldamento viene speso per riscaldare gradualmente il liquido. Dal momento in cui inizia l'ebollizione, l'assorbimento di calore per la formazione di vapori diventa enorme e tutto il calore del riscaldatore, indipendentemente dalla sua potenza, va al processo di vaporizzazione.
La quantità di calore richiesta per convertire un'unità di peso di un liquido bollente in vapore è chiamata calore di vaporizzazione. Secondo Regnault, per l'acqua a 100°, sono 537 calorie per 1 tonnellata, una quantità davvero colossale!
Ma questa cifra significa che l'acqua, già riscaldata a 100°, senza ulteriore aumento di temperatura durante il passaggio da liquido a gassoso della stessa temperatura, assorbe una quantità di calore quasi 5,5 volte maggiore di quella che è stata assorbita dall'acqua per il passaggio dallo scioglimento temperatura del ghiaccio fino al punto di ebollizione. Sotto questo aspetto, come in molti altri, l'acqua è un liquido speciale;
questo può essere visto dalla tabella seguente, che elenca le temperature di ebollizione e i calori di vaporizzazione dei vari liquidi.
La necessità del freddo per l'esistenza di gas liquefatti a pressione atmosferica. Si noti che in un recipiente da cartolina è impossibile riscaldare un liquido al di sopra del suo punto di ebollizione, poiché aumentando il riscaldamento possiamo solo causare un'ebollizione più rapida, ma non superare il punto di ebollizione. In altre parole, nessun liquido chimicamente puro può esistere in condizioni normali a pressione atmosferica ad una temperatura superiore al punto di ebollizione di questo liquido x).
Se le conclusioni dei fisici che considerano i gas come vapori di liquidi estremamente volatili sono corrette, anche a temperature molto basse questi gas hanno l'elasticità necessaria per l'ebollizione, pari a un'atmosfera e, di conseguenza, questi liquidi possono esistere solo a pressione atmosferica a temperature molto basse.
Comprendiamo così l'essenza del ruolo del freddo per la liquefazione dei gas, previsto da Lavoisier. Quanto è grande l'importanza del freddo, vedremo più avanti quando vedremo che in tutti i casi l'unica circostanza di per sé sufficiente per ottenere la liquefazione in tutti i casi è l'azione del freddo: nessun gas, nemmeno l'elio, può resistere a un freddo sufficiente. . Non c'è dubbio che i fisici che hanno affrontato questo interessante problema sarebbero molto vicini a risolverlo se accettassero questa proposta.
È vero, ottenere temperature molto basse potrebbe sembrare loro una delle maggiori difficoltà della fisica. Ma se aumentassero i loro sforzi - e il problema posto ne è degno - non c'è dubbio che, a causa dei grandi progressi della fisica, scoprirebbero quei metodi sorprendentemente semplici che ci servono ora per ottenere il freddo profondo.
) La presenza di impurità nel liquido e, in particolare, di sali disciolti può aumentare notevolmente il punto di ebollizione. A volte si ottiene un fenomeno di equilibrio instabile, chiamato "surriscaldamento" del liquido.
Effetto della pressione sul punto di ebollizione.
a) Diminuzione della pressione. Abbiamo appena visto che quando un liquido viene riscaldato a pressione atmosferica, l'ebollizione inizia nel momento in cui la pressione di vapore gradualmente crescente raggiunge un valore che riequilibra la pressione atmosferica.
Riduciamo la pressione che agisce sul liquido ponendolo in un recipiente chiuso, dal quale sia stata parzialmente pompata l'aria; è chiaro che una pressione di vapore più bassa a una temperatura più bassa sarà in grado di superare la pressione ridotta esistente e quindi causare l'ebollizione: il punto di ebollizione in queste condizioni sarà più basso
normale, e quanto più perfetto è il vuoto nel recipiente contenente il nostro liquido, tanto più basso è il punto di ebollizione.
La natura stessa in alcuni casi conferma la correttezza di quanto sopra. Sulle cime delle montagne, ad esempio, abbiamo la pressione subatmosferica e la diminuzione della pressione è uguale alla pressione della colonna d'aria dai piedi della montagna alla sua cima. Quando salì da Saussure al Monte Bianco, il famoso scalatore rimase colpito dal fatto che sulla cima ghiacciata del colosso alpino, difficilmente riusciva a far bollire uova sode in acqua bollente: il punto di ebollizione dell'acqua era così basso lì.
Ecco un altro esempio ancora più eclatante!
Sotto l'azione di una pompa ad aria, che aumenta gradualmente il vuoto in un recipiente d'acqua, il punto di ebollizione dell'acqua può scendere sotto il punto di congelamento: in tali condizioni, le uova sode diventano davvero un mito! Ma per una buona pompa ad aria non è particolarmente difficile mantenere una pressione di 1-2 mm/ su un liquido racchiuso in un recipiente chiuso, e poiché a 0° la pressione di vapore dell'acqua è di 4,6 m, è ovvio che l'acqua a a questa temperatura e alla pressione indicata, dovrebbe bollire, poiché l'elasticità del vapore acqueo in queste condizioni supera significativamente la pressione esistente nel recipiente.
Frigoriferi costruiti sul principio dell'evaporazione. Da quanto detto è ovvio che l'evaporazione che si verifica nelle condizioni descritte può fungere da fonte di raffreddamento molto significativo.
Se, ad esempio, un recipiente pieno d'acqua è collegato ad una pompa a vuoto di potenza sufficiente e quest'ultima è costretta a lavorare, dopo qualche tempo l'acqua bolle violentemente, poiché verrà un momento in cui, alla temperatura alla quale l'acqua si trova, la sua pressione di vapore supererà la pressione ridotta, che viene mantenuta dall'azione della pompa. Poiché in questo caso il calore assorbito per evaporazione (p. 11) e fuoriuscito con i vapori non è fornito da alcuna fonte estranea, ma è mutuato dal liquido stesso, quest'ultimo si raffredda piuttosto rapidamente; in considerazione del fatto che la pressione è mantenuta da una pompa in funzionamento continuo al di sotto della tensione di vapore, nonostante la diminuzione di quest'ultima al diminuire della temperatura del liquido, l'ebollizione continuerà, il raffreddamento aumenterà, e per questo, a un certo momento il liquido si trasformerà in un solido.
Questa bellissima esperienza è servita come base per la progettazione di impianti per la produzione del ghiaccio. macchine. Così, ad esempio, nella macchina per il ghiaccio Carré si pone alla base il principio dell'assorbimento del vapore acqueo da parte dell'acido solforico (è nota l'avidità con cui l'acqua si combina con l'acido solforico). Lo stesso principio è racchiuso in una macchina eccezionale, un vero combattente del buon senso, il famoso ingegnere Leblanc, in cui il lavoro di gelare l'acqua era affidato... a un getto di vapore. Questo getto di vapore, per mezzo di un iniettore Zhifar, creava una rarefazione dell'aria e funzionava magnificamente nei modelli costruiti da Westinghouse, congelando economicamente decine di centesimi all'ora!
Quindi, vediamo che se un certo vuoto viene mantenuto al di sopra del liquido per mezzo di una pompa ad aria, quest'ultima raggiunge rapidamente una temperatura alla quale la tensione di vapore è approssimativamente uguale alla pressione ridotta mantenuta dalla pompa ad aria, e fintanto che il la pressione del vapore supera la pressione, il liquido bolle e allo stesso tempo continua a raffreddarsi. Se il liquido è molto volatile, cioè se i suoi vapori hanno un'elasticità sufficiente fino alle temperature più basse, allora queste basse temperature possono essere ottenute per semplice evaporazione di tale liquido sotto vuoto.
Quindi, ad esempio, l'etere solforico, la cui pressione di vapore a -40 ° è ancora superiore a 5 mm, può essere raffreddato al di sotto di questa temperatura mediante semplice evaporazione a una pressione di 5 mm 1).
Ma invece di ottenere una temperatura molto bassa in un'atmosfera altamente rarefatta evaporando un liquido molto volatile, spesso ha senso ottenere una temperatura non così bassa, utilizzando a questo scopo una rarefazione non troppo forte. Prendiamo ad esempio lo stesso etere solforico, la cui tensione di vapore a -10° è di 111 mm; questa temperatura piuttosto bassa può essere facilmente raggiunta mediante l'evaporazione del liquido ad un vuoto relativamente leggero, che pompe d'aria molto meno potenti e meno complicate di quelle che sarebbero necessarie per l'acqua produrrebbe senza troppa difficoltà.
Si può facilmente immaginare che per ridurre il vapore ad una pressione, ad esempio, di 2 mm di mercurio, si dovrebbe fare un lavoro considerevole e per ottenere risultati positivi sarebbero necessarie pompe di volumi enormi.
L'evaporazione dei liquidi volatili è ormai diventato il metodo più comune utilizzato per ottenere il freddo, e questo principio è utilizzato su larga scala nella pratica della refrigerazione in migliaia di macchine: ad esempio, nelle macchine con cloruro di metile, anidride solforosa, ammoniaca , anidride carbonica, ecc.
b) Azione di aumento della pressione. Abbiamo già visto che con una diminuzione della pressione sotto la quale si trova un liquido, il suo punto di ebollizione diminuisce. Al contrario, aumenteremo la pressione: vedremo che per conferire ai vapori di questo liquido un'elasticità che superi questa pressione, dovremo riscaldare il liquido al di sopra della temperatura che sarebbe richiesta in condizioni normali. E maggiore è la pressione, maggiore sarà il punto di ebollizione.
Ecco perché nelle caldaie a vapore, l'acqua a una pressione di 15 atmosfere bolle solo a 199 ° e nella caldaia delle auto Serpollet, dove la pressione raggiunge spesso 50 atmosfere, il punto di ebollizione sale a 265 °. Ovviamente, con un po' di conoscenza di alcune leggi della natura, non solo lo stagno, ma anche il piombo si possono sciogliere in acqua!
Si noti che la maggiore pressione che deve essere applicata a un liquido riscaldato, per aumentarne il punto di ebollizione, è formata dal liquido stesso, se solo quest'ultimo è racchiuso in un recipiente chiuso. Ovviamente, in questo caso, viene automaticamente impostata una pressione al di sopra della superficie del liquido, pari in ogni momento all'elasticità dei vapori che si accumulano al di sopra del liquido.
Va notato che in queste condizioni, analoghe a quelle che esistono in una caldaia a vapore durante la diluizione dei vapori, l'ebollizione dell'acqua non può iniziare fino a quando una parte del vapore non è stata rilasciata. La tensione di vapore in questo caso corrisponde alla pressione sperimentata dal liquido e quest'ultima, di conseguenza, non può essere superata. Finché il calore fornito dal focolare non viene assorbito con il vapore esausto, viene quasi completamente speso per riscaldare il liquido; in questo caso, la temperatura aumenta piuttosto rapidamente e, contemporaneamente alla temperatura del liquido, aumenta l'elasticità dei suoi vapori e, di conseguenza, la pressione. E solo quando la pressione è già notevolmente aumentata, rilasciando parte del vapore e quindi abbassando la pressione, si creano le condizioni in cui la pressione del vapore supera leggermente la pressione, il che consente di iniziare a bollire. Quindi la pressione smette di salire, poiché il calore fornito dal focolare viene consumato insieme al vapore in uscita.
La tabella seguente, elaborata da R e g n a u 11, mostra quelle enormi fluttuazioni del punto di ebollizione dell'acqua, che dipendono dalla pressione. A rigor di termini, nella compilazione di questa tabella, l'obiettivo era quello di indicare l'elasticità del vapore acqueo alle corrispondenti temperature; ma sappiamo già che queste grandezze (pressione di vapore e punto di ebollizione) sono interconnesse, e che l'ebollizione inizia nel momento in cui la differenza tra la pressione vissuta dal liquido e l'elasticità dei suoi vapori diventa infinitesima.
Questi dati sono rappresentati graficamente in Fig. 4. Sullo stesso diagramma sono tracciate curve corrispondenti anche per altri liquidi, ed è estremamente interessante notare che queste curve, deviando l'una dall'altra a seconda della temperatura, attirano l'attenzione su di sé per l'uniformità del loro carattere.
Ci soffermeremo su questo in modo più dettagliato quando considereremo il lavoro di van der Waals (Capitolo V).
Possibilità di utilizzare la pressione invece del raffreddamento per alcuni gas liquefatti. Abbiamo già visto (p. 12) che l'esistenza di qualsiasi liquido all'aria aperta è impossibile a una temperatura superiore al punto di ebollizione di questo liquido; da ciò abbiamo dedotto che i gas sono vapori di liquidi ipotetici che possono esistere all'aria aperta solo a temperature molto elevate, e quindi ottenere temperature estremamente basse potrebbe sembrarci una necessità inevitabile per la liquefazione dei gas.
Abbiamo già visto che la pressurizzazione è il mezzo attraverso il quale la temperatura di un liquido può essere innalzata al di sopra - e anche molto al di sopra - del suo punto di ebollizione a pressione atmosferica. Questa proposta, che ora ci sembra estremamente semplice, ha dato molti successi agli scienziati del secolo scorso, ma allo stesso tempo è stata causa di molti sforzi infruttuosi.
Riso. 4. Diagramma della variazione della tensione di vapore in funzione della temperatura.
I - cloruro di metile, II-anidride solforosa, III - etere, IV - acqua.
Supponiamo di avere un liquido ipotetico corrispondente a un gas particolare: naturalmente, questo liquido a pressione atmosferica esiste solo a temperatura molto bassa; ma se racchiudiamo questo liquido in un recipiente chiuso, possiamo sottoporlo a calore, e l'aumentata pressione aumenterà anche il suo punto di ebollizione. Se il nostro esperimento viene continuato fino a quando si ottengono pressioni significative e, se necessario, enormi, non ci sono motivi visibili per presumere che non saremo in grado di aumentare la temperatura del nostro liquido in questo modo alla temperatura dell'ambiente. L'esistenza di un tale liquido a temperatura ambiente non sarebbe impossibile se lo si mantenesse sotto pressione sufficiente, e da ciò si può dedurre che, oltre all'eventuale raffreddamento, è sufficiente pressurizzare opportunamente un gas vero e proprio per provocarne la liquefazione .
Vedremo ora il significato di questa conclusione; vedremo, ripeto, tutta la soddisfazione, ma anche la delusione che ha portato agli scienziati; ma. Stabiliamo innanzitutto quali sono le condizioni "corrette" per la liquefazione.

Quando si è scoperto che la liquefazione dei gas richiede il loro raffreddamento al di sotto della temperatura critica, gli sforzi dei ricercatori sono stati diretti allo sviluppo di metodi per ottenere basse temperature. Questi sforzi hanno avuto successo e ora ci sono un certo numero di macchine per ottenere tutti i gas senza eccezioni in forma liquida. Queste macchine, in particolare le macchine per la liquefazione dell'aria, sono state ampiamente utilizzate in ingegneria.

La liquefazione dell'aria viene utilizzata nella tecnologia per separarla nelle sue parti componenti. La separazione avviene per evaporazione dell'aria liquida. In questo caso, prima evaporano le parti costitutive dell'aria che hanno un punto di ebollizione più basso: neon, azoto e poi argon, ossigeno. La questione si verifica esattamente allo stesso modo, ad esempio, nella separazione di alcol più facilmente bollente dall'acqua mediante distillazione. I gas risultanti sono ampiamente utilizzati: a) l'azoto viene utilizzato per produrre ammoniaca; b) argon, neon e altri gas inerti sono utilizzati per il riempimento di lampade elettriche ad incandescenza, nonché lampade a gas; c) l'ossigeno ha molti scopi: mescolandolo con l'acetilene (o idrogeno) e bruciando questa miscela si ottiene una fiamma che ha una temperatura elevata e viene utilizzata per la saldatura e il taglio dei metalli (Fig. 499). L'esplosione di ossigeno ha acquisito grande importanza per l'accelerazione dei processi metallurgici; l'ossigeno viene utilizzato anche per scopi medici.

Riso. 499. Saldatura autogena dei metalli. Il bruciatore 1 riceve ossigeno e acetilene dai cilindri attraverso due tubi; il filo 2 fonde in una fiamma ossiacetilenica e riempie il cordone da saldare

Inoltre, l'ossigeno liquido viene utilizzato nella tecnologia esplosiva. Una miscela di ossigeno liquido con segatura, fuliggine, naftalene e altre sostanze facilmente ossidabili è un esplosivo di enorme potere (ossiliquite). L'esplosione avviene perché in presenza di ossigeno, che è allo stato liquido e, quindi, occupando un piccolo volume, la combustione di queste sostanze procede molto rapidamente. Durante la combustione si verifica un forte riscaldamento, i prodotti di reazione sono gassosi (anidride carbonica), si verifica un'espansione istantanea e molto forte - un'esplosione. Questo esplosivo ha il vantaggio di non essere più pericoloso quando l'ossigeno evapora.

Le macchine ad aria liquida sono di vario tipo. Descriveremo qui lo schema di una macchina il cui funzionamento si basa sul raffreddamento di aria altamente compressa durante la sua espansione (§ 225). L'aria entra nel compressore 1 (Fig. 500); qui viene compresso ad una pressione di diverse decine di atmosfere. Allo stesso tempo, si riscalda. Dal compressore 1, l'aria entra nello scambiatore di calore 2, dove viene raffreddata dall'acqua corrente alla temperatura iniziale e quindi va all'espansore 3 (espansore). L'espansore è un cilindro con un pistone. L'aria si espande nell'espansore. Allo stesso tempo, spinge il pistone e fa il lavoro. L'energia interna dell'aria viene spesa in questo lavoro, e la sua temperatura scende tanto che si condensa in un liquido; l'aria liquefatta viene raccolta nel recipiente 4.

Riso. 500. Schema di una macchina per la produzione di aria liquida

A volte gli espansori sono realizzati non sotto forma di cilindro con pistone, ma sotto forma di turbina (turbo-espansore di P. L. Kapitsa), in cui si espande il gas, che produce il lavoro di rotazione della turbina. È molto importante che il rotore (la parte rotante della turbina) durante il funzionamento della macchina "si blocchi" nel flusso del gas in espansione, senza toccare le pareti della turbina. Di conseguenza, non c'è bisogno di lubrificazione, che è molto importante, poiché la selezione di lubrificanti per parti di macchine operanti a temperature così basse è estremamente difficile. I grassi convenzionali induriscono alle basse temperature. Inoltre, il vantaggio delle macchine per la liquefazione dei gas, progettate da P. L. Kapitsa, è la loro elevata produttività con dimensioni relativamente ridotte.

Il punto di ebollizione dell'aria liquida è molto basso. A pressione atmosferica è uguale a . Pertanto, l'aria liquida in un recipiente aperto, quando la sua pressione di vapore è uguale alla pressione atmosferica, bolle finché la sua temperatura non scende al di sotto di . Poiché i corpi circostanti sono molto più caldi, l'afflusso di calore all'aria liquida, se fosse immagazzinato in normali vasi, sarebbe così significativo che in brevissimo tempo tutta l'aria liquida evaporerebbe. Pertanto, viene immagazzinato in contenitori speciali che creano una buona protezione contro il calore dall'esterno. Questi sono vasi dello stesso tipo dei thermos convenzionali. Sono recipienti di vetro o metallo a doppia parete (Fig. 501), dallo spazio tra i quali l'aria viene accuratamente rimossa. Il trasferimento di calore attraverso un tale spazio con un gas molto rarefatto è estremamente difficile. Per proteggere dal riscaldamento dei raggi, le pareti interne della cavità sono rese lucide (argentate). Tali vasi per immagazzinare aria liquida furono proposti da Dewar. In un buon Dewar, l'aria liquida evapora così lentamente che può essere conservata per due, tre giorni o più.

Riso. 501. Sezione di una nave Dewar. In basso si può vedere l'estremità del tubo, attraverso il quale, durante la fabbricazione della nave, veniva pompata aria dallo spazio tra le pareti e che, dopo il pompaggio, veniva sigillata

Affinché il gas liquefatto non si riscaldi nonostante un continuo, seppur lento, afflusso di calore, deve rimanere in un recipiente aperto per poter evaporare gradualmente. A causa della perdita di calore per evaporazione, il gas liquefatto rimane sempre freddo. Se il recipiente del Dewar è intasato, cioè si impedisce l'evaporazione, il gas liquefatto si riscalderà e la sua pressione di vapore aumenterà così tanto da far esplodere il recipiente. Se la nave fosse molto robusta, come un cilindro d'acciaio, come mostrato in fig. 375, allora il gas liquefatto si riscalderebbe gradualmente fino ad una temperatura superiore a quella critica e passerebbe allo stato gassoso. Pertanto, l'unico modo per preservare a lungo il gas liquefatto è utilizzare Dewar aperti.

Vuoto. aria liquida

Nei Laboratori il vuoto (“vuoto”), in cui le collisioni di molecole tra loro sono già relativamente rare, corrisponde ad una pressione di circa 0,13 Pa. Anche con l'ausilio dei metodi più avanzati della tecnologia moderna, non è possibile ottenere un vuoto in cui rimarrebbero meno di 1000 particelle in un centimetro cubo di gas.

La massa di un litro d'aria in condizioni normali (1,293 g) e la sua massa molare media d'aria è 22,4 1,293 = 29 g / mol.

Con un raffreddamento sufficiente, l'aria diventa liquida. L'aria liquida può essere immagazzinata per un periodo piuttosto lungo in recipienti con doppia parete, dallo spazio tra il quale viene pompata l'aria per ridurre il trasferimento di calore. Vasi simili sono usati, ad esempio, nei thermos.

Evaporando liberamente in condizioni normali, l'aria liquida ha una temperatura di circa -190°C. La sua composizione è instabile, poiché l'azoto evapora più velocemente dell'ossigeno. Quando l'azoto viene rimosso, il colore dell'aria liquida cambia da bluastro a blu pallido (il colore dell'ossigeno liquido).

I gas difficilmente liquefatti hanno imparato a liquefarsi usando le loro proprietà per raffreddare durante l'espansione, se il gas viene ripetutamente compresso e rilasciato in un grande recipiente, si raffredderà e quando la sua temperatura raggiungerà un livello critico, inizierà a liquefarsi.

La tecnologia per ottenere aria liquefatta è abbastanza semplice. Innanzitutto, la miscela di gas viene purificata da polvere, particelle d'acqua e anche dall'anidride carbonica. C'è un altro componente importante, senza il quale non sarà possibile produrre aria liquida: la pressione. Con l'aiuto di un compressore, l'aria viene compressa a 200-250 atmosfere, raffreddandola con acqua. Successivamente, l'aria passa attraverso il primo scambiatore di calore, dopodiché viene divisa in due flussi, il più grande dei quali va all'espansore. Questo termine si riferisce a una macchina a pistoni che funziona espandendo il gas. Converte l'energia potenziale in energia meccanica e il gas si raffredda perché funziona.

Nel 1938, P. L. Kapitsa sviluppò un metodo per ottenere aria liquida a bassa pressione - solo 5-6 atm. La caratteristica principale di questo metodo è la sostituzione del compressore a pistoni e dei meccanismi di espansione con quelli a turbina.

Applicazione

L'aria liquida stessa non viene utilizzata da nessuna parte, è un prodotto intermedio nell'ottenere gas puri. Il principio di separazione dei componenti si basa sulla differenza di ebollizione delle parti costituenti la miscela: l'ossigeno bolle a -183° e l'azoto a -196°. La temperatura dell'aria liquida è inferiore a duecento gradi e riscaldandola è possibile effettuare la separazione. Quando l'aria liquida inizia a evaporare lentamente, l'azoto è il primo ad evaporare e, dopo che la sua parte principale è già evaporata, l'ossigeno bolle a una temperatura di -183 °. Il fatto è che mentre l'azoto rimane nella miscela, non può continuare a riscaldarsi, anche se viene utilizzato un riscaldamento aggiuntivo, ma non appena la maggior parte dell'azoto è evaporato, la miscela raggiungerà rapidamente il punto di ebollizione della parte successiva del miscela, cioè ossigeno. -

L'aria compressa è immagazzinata in cilindri di acciaio progettati per una pressione di 150 atm. Secondo le attuali condizioni tecniche, queste bombole devono essere di colore nero con scritta bianca: “Aria compressa”.

Le reazioni chimiche alla temperatura dell'aria liquida generalmente rallentano molto. Tuttavia, a causa dell'elevata concentrazione di ossigeno al suo interno (la concentrazione è la quantità di una sostanza per unità di volume o massa), le sostanze combustibili mescolate con aria liquida bruciano molto più vigorosamente che in condizioni normali. Ad esempio, il cotone idrofilo inumidito con aria liquida brucia con un lampo come polvere senza fumo.