А давайте поговорим о чем-то необычном, непривычном и интересном — о жидком азоте. Возможно, вы слышали о нем в кулинарных шоу или научных программах, но что это за вещество, и зачем оно нужно? Давайте разберемся вместе!
Что такое жидкий азот и как его получают?
Азот — это газ, который окружает нас повсюду. Когда мы говорим "воздух", то могли бы говорить "азот", потому, что азот составляет примерно 78% воздуха, которым мы дышим. Без него жизнь на Земле была бы невозможна. В обычном состоянии азот абсолютно прозрачен, невидим и неосязаем. Однако, если его охладить до очень низкой температуры (-195,8 °C), он превращается в жидкость — жидкий азот (ЖА). Для сравнения: самая низкая температура, которую можно создать в домашней морозилке, это примерно -18 °C.
Получают ЖА из того, чего вокруг больше всего — из воздуха. Для этого воздух сначала очень сильно сжимают и охлаждают, от чего он весь превращается в жидкость. Затем с помощью специального оборудования (ректификационной колонны) отделяют азот от других жидких газов, таких как кислород и аргон. Этот процесс называется фракционной перегонкой. При производстве в промышленных масштабах стоимость ЖА получается не такой уж и большой. По сведениям некоторых очевидцев, в советские времена литр ЖА стоил дешевле литра молока.
Когда азот становится жидкостью, его нужно хранить в специальных сосудах, называемых Dewar (дьюары). Эти сосуды похожи на термосы, но гораздо более эффективные, так как они сохраняют холод внутри (хотя правильнее говорить - не пускают тепло во внутрь).
Итак, основные свойства жидкого азота
- Очень низкая температура: -196 °C. Многие вещества при такой температуре становятся хрупкими, как стекло. Но далеко не все. О связанном с этим мифом - чуть ниже.
- Быстрое испарение: если вылить жидкий азот на пол, он очень быстро превращается в газ. При этом ведет он себя как капли воды, которые брызнули на сильно разогретую сковородку. Для ЖА любая поверхность при комнатной температуре - что раскаленная сковородка.
- Без цвета и запаха. Так же как и газообразный азот, ЖА не пахнет, а выглядит как обычная вода, но ведет себя совершенно иначе.
- Не горит и не поддерживает горение. ЖА безопасен с точки зрения пожаров.
Где применяется жидкий азот?
Жидкий азот используют в самых разных сферах:
- Медицина: для заморозки тканей (криохирургия), удаления бородавок и хранения биологических образцов.
- Пищевая промышленность: для быстрого замораживания продуктов без потери качества.
- Косметология: в процедурах омоложения кожи.
- Развлечения: в кулинарии для создания эффектного «дымящегося» мороженого.
- Наука и техника: в лабораториях и высокотехнологичных производствах. В частности, ЖА применяют при работе с просвечивающими электронными микроскопами, в которых, как мы помним, видны атомы. Да-да, за счет своей сверхнизкой температуры ЖА может "выморозить" всю влагу из воздуха, что позволяет быстрее достичь высокой степени вакуума, необходимого для электронного микроскопа.
Меры безопасности при работе с жидким азотом
Несмотря на все полезные свойства, ЖА может быть крайне опасен. В лабораториях и на производстве при работе с ЖА обязательно используют индивидуальные средства защиты, такие как криогенные перчатки и маски. Основные риски:
- Обморожения. При попадании на кожу ЖА может вызывать сильнейшие ожоги. Странно, да? Он же холодный! Дело в том, что ЖА может почти мгновенно заморозить воду (мы из нее состоим), которая превращается в кристаллики льда, буквально разрывая живые клетки. Что примечательно, капля жидкого азота при попадании на открытый участок кожи представляет куда меньшую опасность, чем таже капля, попавшая, скажем, на штанину и в нее впитавшаяся. С кожи капля ЖА слетит (об этом ниже), а на штанине останется и будет вредить.
- Опасность удушья. В плохо проветриваемых помещениях ЖА, пролившийся на пол в большом количестве и испарившийся, может вытеснить кислород. К сожалению, в некоторых лабораториях были зафиксированы случаи, когда сотрудники незаметно теряли сознание, падали на пол, и уже никогда не вставали. Впоследствии, во многих лабораториях был введен запрет на работу с ЖА в одиночестве.
- Взрывоопасность закрытых сосудов. При испарении жидкий азот расширяется примерно в 700 раз. Поэтому, нагреваясь и испаряясь в герметичной ёмкости ЖА создает давление, которое может привести к разрыву сосуда. Свидетелем такого события был я сам. Лаборант, вопреки техники безопасности, налил ЖА в обычный термос (а не специальный дьюар с предохранителем) и завернул крышку поплотнее. Термос взорвался с приличным грохотом. К счастью, основной удар пришелся в потолок, и никто не пострадал.
Мифы о жидком азоте
- Миф 1. Жидкий азот мгновенно замораживает всё, к чему прикасается. На самом деле, при кратковременном контакте жидкий азот не успевает причинить вред из-за эффекта Лейденфроста - между ЖА и поверхностью образуется паровая подушка. Поэтому не так и опасна капля ЖА попавшая на открытый участок кожи. Однако, напомню, при длительном контакте можно получить серьёзное обморожение. Руки или всего лишь палец совать в ЖА не стоит.
- Миф 2. Вдыхание паров жидкого азота опасно для здоровья. Сам по себе азот не токсичен, мы дышим им всю жизнь. Опасность возникает только в закрытых помещениях, где он может вытеснить кислород.
- Миф 3. Мой любимый - жидкий азот и сейфы. В кино преступники подходят к сейфу с канистрой жидкого азота, поливают замок или дверь, а затем легко разбивают его молотком или ломом. Создается впечатление, что жидкий азот делает металл хрупким, как стекло, и сейф становится уязвимым.
Почему это миф?
- Металл не становится хрупким мгновенно.
Да, жидкий азот, охлаждая некоторые металлы до экстремально низких температур, может сделать их более хрупкими, но для этого требуется время. В фильмах же сейфы "ломаются" за считанные секунды, что физически невозможно. - Сейфы сделаны из специальных сплавов.
Современные сейфы изготавливаются из материалов, которые устойчивы к низким температурам. Даже если охладить замок, это не гарантирует, что он станет хрупким. - Жидкий азот быстро испаряется.
Жидкий азот превращается в газ при контакте с комнатной температурой. Чтобы охладить сейф до нужной температуры, потребуется огромное количество жидкого азота, а это непрактично. - Замки сейфов защищены.
Многие сейфы имеют дополнительные механизмы защиты, которые не позволят просто "заморозить" замок. Например, внутренние части замка могут быть изолированы от внешних воздействий.
Кино — это искусство, в котором часто жертвуют реализмом ради зрелищности. Сцена с жидким азотом выглядит эффектно: клубы пара, хрупкий металл, драматичный взлом. Зрителям нравится, даже если это далеко от реальности.
В завершении
Жидкий азот — это удивительное вещество, которое открывает перед нами множество возможностей. Он помогает ученым, врачам и даже поварам создавать что-то новое и необычное. Однако важно помнить, что это не просто "холодная вода", а серьезный инструмент, требующий осторожности и уважения. Если вы когда-нибудь столкнетесь с жидким азот в жизни, восхищайтесь его свойствами, но не забывайте о безопасности!
Папа физик – проще о сложном.