Жидкий кислород - активная, подвижная (обладает меньшей вязкостью, чем вода) субстанция голубого цвета с ярко выраженными парамагнитными свойствами. Это вещество удалось получить в конце 19 века, и с тех пор оно нашло применение во многих областях, таких как медицина или различные отрасли промышленности.
Несмотря на то, что жидкий кислород сам по себе не оказывает вредного воздействия на экологию, не выделяет токсичные вещества, не горит и не взрывается, работы с ним требуют соблюдения техники безопасности. Дело в том, что этот элемент является катализатором сильного окисления других материалов, что как раз и может привести к воспламенению или взрыву других веществ в условиях воздуха, насыщенного кислородом. Поэтому помещения, в которых проводятся работы, должны быть оснащены датчиками контроля газовой атмосферы и специальной вытяжной вентиляцией.
Необходимо знать, что длительное воздействие воздуха, содержащего высокий процент кислорода, может вызвать поражение органов дыхания. В этих помещениях нельзя курить и в принципе недопустимо использовать открытый огонь. Одежда человека, который работал в лаборатории с высоким должна проветриваться не менее получаса. Кроме того, при использовании этого вещества необходимо придерживаться общих правил безопасности при работе с криогенными веществами.
Одним из самых серьезных недостатков этой субстанции являются ее хладогенные свойства, из-за чего ее сложно использовать при работе с материалами, которые при сильном охлаждении резко меняют свои характеристики. Температура жидкого кислорода при нормальном атмосферном давлении составляет -183°С. Замерзает этот химический элемент при -218,8°С, после чего превращается в бледно-голубые кристаллы.
Жидкий кислород применяется:
Как окислитель в как правило, совместно с водородом или керосином;
В медицине в качестве препарата для для изготовления для обеспечения необходимого микроклимата, заправки специального оборудования, при изготовлении препаратов для усиления роста микроорганизмов и т. п.;
В машиностроительной отрасли жидкий кислород применяется для разных способов и резки металлов;
В металлургической отрасли используется для производства стали, сплавов и цветных металлов, а также при восстановлении железа;
Применяется для улучшения экологической обстановки: очистка воды, вторичная переработка материалов, окисление отходов;
В химической отрасли используется для производства оксиликвитов (взрывчатка, в настоящее время редко применяется), различных кислот, ацетилена и целлюлозы, а также при конверсии природного газа или метана.
Где купить и кислород?
Никаких проблем с приобретением этих веществ не должно возникнуть - сжиженные газы можно купить в любом городе либо заказать их доставку. Другое дело, что эти вещества поставляются в больших баллонах объемом около 40 литров, поэтому для домашних нужд придется поискать другие варианты.
- Жи́дкий кислоро́д (ЖК, англ. Liquid oxygen, LOX) - жидкость бледно-синего цвета, которая относится к сильным парамагнетикам. Является одним из четырёх агрегатных состояний кислорода. Жидкий кислород обладает плотностью 1,141 г/см³ и имеет умеренно криогенные свойства с точкой замерзания 50,5 K (−222,65 °C) и точкой кипения 90,188 K (−182,96 °C). Жидкий кислород активно используется в космической и газовой отраслях, при эксплуатации подводных лодок, широко используется в медицине. Обычно промышленное получение основывается на фракционной перегонке воздуха. Коэффициент расширения (англ. expansion ratio) кислорода при смене жидкого агрегатного состояния на газообразное составляет 860:1 при 20 °C, что иногда используется в системах снабжения кислородом для дыхания в коммерческих и военных самолётах.
Основным и практически неисчерпаемым источником получения жидкого кислорода является атмосферный воздух: производится сжижение воздуха и последующее разделение его на кислород и азот.
Из-за своей криогенной природы жидкий кислород может вызвать хрупкость материалов, которые находятся с ним в соприкосновении. Жидкий кислород также является очень мощным окислительным агентом: органическое вещество быстро сгорает в его среде с большим выделением тепла. Более того, некоторые из этих веществ, будучи пропитанными жидким кислородом имеют свойство непредсказуемо взрываться. Нефтепродукты часто демонстрируют такое поведение, включая асфальт.
Жидкий кислород является широко распространённым окислительным компонентом ракетных топлив обычно в комбинации с жидким водородом или керосином. Его использование обусловлено высоким удельным импульсом, который получается при применении этого окислителя в ракетных двигателях. Кислород - самый дешевый из применяемых компонентов ракетных топлив. Первое использование имело место в германской БР Фау-2, позднее в американских БР «Редстоун» и РН «Атлас», а также в советской МБР Р-7. Жидкий кислород активно использовался в ранних МБР, но более поздние версии этих ракет его не используют из-за криогенной природы и необходимости регулярной дозаправки для компенсации выкипания окислителя, что затрудняет быстрый запуск. Многие современные ЖРД используют ЖК в качестве окислителя, например RS-24, РД-180.
В качестве уплотнительных прокладочных материалов в системах с жидким кислородом применяются материалы, не теряющие эластичности при низких температурах: паронит, фторопласты, отожженные медь и алюминий. Хранение и транспортировка больших количеств жидкого кислорода осуществляется в ёмкостях объёмом от нескольких десятков до 1500 м³ из нержавеющей стали, снабженных теплоизоляцией. Наружный, защитный кожух теплоизоляции может выполняться и из углеродистой стали. Резервуары транспортных ёмкостей изготавливаются также из сплава АМц. Применение вакуумно-порошковой или экранно-вакуумной теплоизоляции позволяет снизить суточные потери кипящего продукта до уровня 0,1 - 0,5 % (в зависимости от размеров ёмкости) и скорость повышения температуры переохлажденного - до 0,4 - 0,5 К в сутки. Транспортировка кипящего кислорода производится с открытым вентилем газосброса, а переохлажденного - при закрытом вентиле, с контролем давления не реже 2 раз в сутки; при повышении давления больше, чем на 0,02 МПа (изб.) вентиль открывается.
Жидкий кислород также активно использовался при изготовлении взрывчатки «Оксиликвит», но сейчас она редко используется из-за большого количества инцидентов и несчастных случаев.
Для объяснения отклонения парамагнетических свойств жидкого кислорода от закона Кюри американским физикохимиком Г. Льюисом в 1924 году была предложена молекула тетракислорода (англ. tetraoxygen) (O4). На сегодняшний день теория Льюиса считается лишь частично верной: компьютерное моделирование показывает, что хотя в жидком кислороде не образуется стабильных молекул O4, молекулы O2 на самом деле имеют тенденцию ассоциировать в пары с противоположными спинами, которые формируют временные объединения O2-O2.
Жидкий азот имеет более низкую точку кипения 77 K (−196 °C) и устройства, которые содержат жидкий азот могут конденсировать кис
Жидкий кислород (ЖК, англ. Liquid oxygen, LOX) - жидкость бледно-синего цвета, которая относится к сильным парамагнетикам. Является одним из четырёх агрегатных состояний кислорода. ЖК обладает удельной плотностью 1,141 г/см³ и имеет умеренно криогенные свойства с точкой замерзания 50,5 K (−222,65 °C) и точкой кипения 90,188 K (−182,96 °C).
Жидкий кислород активно используется в космической и газовой отраслях, при эксплуатации подводных лодок, широко используется в медицине. Обычно промышленное получение основывается на фракционной перегонке воздуха. Коэффициент расширения (англ. expansion ratio) кислорода при смене агрегатного состояния на газообразное составляет 860:1 при 20 °C, что иногда используется в системах снабжения кислородом для дыхания в коммерческих и военных самолётах. Основным и практически неисчерпаемым источником получения жидкого кислорода является атмосферный воздух: производится сжижение воздуха и последующее разделение его на кислород и азот.
Общие сведения.
В периодической системе химических элементов Менделеева кислород обозначается символом 0 (от латинского Oxygenium). В нормальных условиях кислород представляет собой очень активный газ, не ощутимый органами чувств человека (т.е. не имеющий запаха, вкуса или цвета). Молекула кислорода обычно двухатомная (формула ее О2), реже трехатомная (О3, такое молекулярное состояние кислорода называют озоном, этот газ обладает весьма специфическим запахом). Кислород является самым распространенным в пределах планеты химическим элементом. Он не только на четверть заполняет атмосферу Земли, но и присутствует во всех внутренних оболочках планеты в составе силикатов (оксиды кремния, из которых состоит вулканическая магма).
История открытия
Существует точная дата экспериментального обнаружения кислорода – 1 августа 1774 года, о чем заявил англичанин Джозеф Пристли. Однако, как часто бывает в химии, всю сущность своего открытия он не осознал, тем самым частично отдав лавры первооткрывателя своим коллегам.
По факту, первым открыл кислород тремя годами ранее шведский естествоиспытатель и фармацевт Карл Шееле (1771 год), когда поставил эксперимент по прокаливанию селитры серной кислотой и последующим разложением оксида азота на составляющие: азот и кислород. Шееле дал новому газу имя «огненный воздух», но опубликовал свои эксперименты только в 1777 году. К этому времени Джозеф Пристли уже провел свои опыты и заявил о своем открытии, хотя и неправильно интерпретировал результаты своего эксперимента. Оба ученых рассказали о своих опытах величайшему химику того времени Антуану Лавуазье. Именно последний в 1775 году установил, что кислород является отдельным химическим элементом, а его двухатомная молекула входит в состав атмосферного воздуха. Труды Лавуазье навсегда опровергли одно из главных заблуждений в химии того времени, теорию флогистона, которой пытались объяснить процессы горения и окисления веществ.
А «официальный» первооткрыватель Джозеф Пристли прославился тем, что в рамках своих многочисленных экспериментов открыл для науки сразу несколько важных химических соединений, среди которых оксиды углерода и серы, аммиак и хлор.
Свойства кислорода
Физические свойства кислорода в нормальных условиях характеризуют его как бесцветный газ, не ощутимый человеком. Обладает плотностью 1,429 кг/м3. Слабо растворяется в воде. При нагревании молекула О2 начинает обратимо диссоциировать на атомы: от 0,03 % всех молекул при +2000 °C до 99,5% при +6000 °C.
В жидком состоянии кислород представляет собой бледно-голубую жидкость, закипающую при 182,9 °C. Твердый кислород имеет вид кристаллов синего цвета, температура плавления которых -218,7°С.
Кислород встречается в составе свыше 1500 соединений земной коры. Атом кислорода присутствует в воде и в живых клетках всех организмов планеты. Кислород является чрезвычайно сильным окислителем и вступает в реакции практическими со всеми другими элементами. Исключение составляют инертные газы и золото, которые не окисляются. В результате реакций взаимодействия с кислородом появляются оксиды. Реакции протекают с выделением тепла и катализируются с повышением температуры, что приводит к процессу горения.
Применение кислорода.
Применение кислорода в промышленном производстве стало возможным с изобретением детандеров в середине прошлого столетия. Детандеры преобразуют потенциальную энергию газа в механическую, при этом газ совершает работу и охлаждается. Таким образом проводят сжижение и разделение воздуха, получая в итоге азот и кислород.
Кислород, будучи сильнейшим окислителем, способствует полному сгоранию топлива, что используется в разных отраслях промышленности. Выплавка металла из руды невозможна без использования кислорода. Жидкий кислород применяется как окислитель для ракетного топлива, особенно в смеси с озоном. Не только космические корабли, но и все современные самолеты не могут обойтись без кислорода во время полета. За один трансокеанический перелет сжигается свыше 10 тонн жидкого кислорода.
В металлургии кислород применяется при конвертерном производстве стали и прокатных изделий. Также он необходим при газопламенной сварке и резке металлов. Используется в качестве реактива-окислителя при синтезе спиртов, альдегидов, аммиака в химической промышленности.
В пищевой промышленности выступает в роли пропеллента (для распыления других веществ), в качестве упаковочного газа и даже как пищевая добавка (Е 948).
В медицине применяется в специальных баллонах в сжиженном состоянии для разных целей: применим в качестве ингалятора, устраняет гипоксию, обогащает дыхательные смеси при наркозе, восстанавливает работу желудочно-кишечного тракта (т.н. кислородные коктейли).
В рыбоводстве кислородом насыщают водную среду для увеличения продуктивности (в теплой воде содержание кислорода ниже, чем в холодной, но большая часть промысловых рыб не способна жить при низких температурах водной среды).
Интересные факты
Содержание кислорода в современной атмосфере — 21% — является необходимым и достаточным для функционирования человека как живого существа. Однако в крупных городах количество кислорода снижено до 17-18%. Это объясняется нехваткой зеленых растений, фотосинтезирующая деятельность которых как раз и восполняет баланс газообразного кислорода в атмосфере. При неблагоприятных метеорологических условиях содержание кислорода в городской черте может опуститься и до 10%, что критично для нашей жизнедеятельности. Ведь при 7%-ном содержании кислорода в воздухе человек погибает. Синдром нехватки кислорода называется гипоксией и проявляется в общей слабости, быстрой утомляемости, бессоннице, снижении внимания, частыми головными болями и повышенной восприимчивости к инфекциям. Считается, что именно нехватка кислорода в мозге обуславливает депрессию.
У человека есть рефлекторный прием кратковременного увеличения количества кислорода в организме – зевота. Считается, что мы зеваем именно в том случае, когда содержание кислорода в головном мозге падает ниже нормального уровня.
В горных местностях воздух более разрежен и содержание в нем кислорода понижено. В ходе эволюции у коренных жителей таких территорий порог чувствительности к нехватке кислорода снизился. Поэтому, жители Непала, Бутана, Боливии, Грузии прекрасно себя чувствуют на высотах свыше 3-4 километров, в то время как представители других национальностей чувствуют усталость, тошноту, а при подъеме выше вынуждены пользоваться кислородными масками.Кислород применяется в самых различных сферах науки, промышленности и сельского хозяйства.
Компания ООО «Спецсервис» осуществляет доставку жидкого кислорода в любой город России.
Исходя из условий поставки и необходимого объема продукции мы сможем предложить Вам оптимальную цену.
Жидкие криогенные продукты (жидкие кислород, азот и аргон) имеют очень низкую температуру кипения (при атмосферном давлении около 90 К и ниже), что обуславливает основные опасности при их применении. Во-первых, это физиологическая опасность при работе на криогенном оборудовании и с жидкими и газообразными криогенными продуктами (возможность обмораживания). Человеческое тело в основном состоит из воды. При низких температурах вода замерзает и образующийся лед повреждает и разрушает биологические ткани. Поэтому, когда поверхность тела соприкасается с криогенными жидкостями и газами, находящимися при криогенных температурах, а также с охлажденными поверхностями (особенно металлическими), происходят так называемые «холодные ожоги». Поражение тела очень напоминает ожог, степень которого зависит от времени контакта с охлажденными предметами или криогенными жидкостями и ряда других факторов. Недостаточно защищенные части тела при соприкосновении с неизолированными поверхностями, охлажденными до криогенных температур, могут быстро к ним примерзнуть, а при отдергивании возможно значительное повреждение кожного покрова. Весьма опасна работа с криогенными продуктами во влажных одежде или рукавицах, так как это может привести к обмораживанию. Особую чувствительность к низким температурам имеют слизистые оболочки глаз, носа, полости рта и гортани. Поэтому очень опасно вдыхание холодного воздуха, что может привести к серьезным заболеваниям легких. Первый признак обмораживания - потеря чувствительности, сопровождающаяся обычно изменением цвета обмороженных участков тела до восковидного и бледно-желтого. После оттаивания обмороженное место становится очень болезненным, на коже появляются пузыри, весьма подверженные инфекции.
Работа при криогенных температурах требует особого внимания к конструкционным материалам, так как в таких условиях у многих из них существенно изменяются физико-механические свойства. Для широко применяемых конструкционных материалов при понижении температуры такие характеристики, как временное сопротивление, предел текучести, предел усталости, как правило, повышаются, но понижаются показатели пластичности и, что самое важное, ударная вязкость. В результате у многих металлических материалов при низких температурах появляется склонность к хрупкому разрушению (разрушению без заметной макропластической деформации, явление хладо-ломкости). К таким материалам относятся углеродистые и низколегированные стали. При этом ударная вязкость понижается настолько, что применение стали этой группы при температурах ниже 230 К недопустимо.
Криогенные жидкости хранятся и транспортируются в специальных сосудах с качественной теплоизоляцией (порошково-вакуумной или экранно-вакуумной). О том, для какого криогенного продукта предназначен сосуд, свидетельствуют окраска сосуда и надпись на нем. При необходимости их применения для другого криогенного продукта выполняются специальные, оговоренные в технической документации изготовителя мероприятия, включающие, например, при переходе с азота на кислород обезжиривание внутренних полостей и испарителя.
Учитывая, что при хранении жидких криогенных продуктов в сосудах происходит их постоянное испарение, надо принимать меры, исключающие возможность возрастания давления в сосуде. С этой целью сосуды должны быть оснащены предохранительными клапанами или предохранительными мембранами. При их отсутствии выход газа из сосуда должен быть постоянно открыт.
Недопустимо быстрое нагревание жидких криогенных продуктов в сосудах с узкой горловиной. Работать с жидкими криогенными продуктами следует очень осторожно, не допуская их разбрызгивания и вскипания. Персонал, проводящий такие работы, должен быть одет в чистую спецодежду, в которой отсутствуют наружные карманы, иметь очки и рукавицы, брюки должны быть одеты поверх обуви. Попадание случайных предметов в ванны и сосуды с жидкими криогенными продуктами должно быть полностью исключено. Заполнять сосуды жидким криогенным продуктом следует осторожно, не допуская интенсивного вскипания жидкости. Особенно это относится к сосудам с открытой горловиной, так как при их быстром заполнении возможно выбрасывание жидкости в помещение. Количество жидкого криогенного продукта, заливаемого в резервуар, не должно превышать для жидкого кислорода 1,08, а для жидкого азота 0,77 кг/дм3 вместимости.
Переливание жидких криогенных продуктов из одного резервуара в другой и заполнение их из транспортных резервуаров должно производиться на бетонных площадках. Производить сливоналивные операции с криопродуктами на площадках, покрытых асфальтом, категорически запрещено ввиду того, что система асфальт — жидкий кислород (или жидкость, обогащенная кислородом) взрывоопасна и имеет очень малую энергию зажигания.
При переливании жидких криогенных продуктов в сосуды небольшой емкости или сосуды Дьюара следует пользоваться специальными воронками. Верхняя часть воронки должна быть частично закрыта для уменьшения разбрызгивания жидкости. При переливании жидких криогенных продуктов металлические шланги следует применять для какой-либо одного жидкого криогенного продукта. Применение шлангов для одного, а затем для другого жидкого криогенного продукта не допускается. Шланги, которые не используют, должны быть закрыты заглушками для предотвращения их загрязнения и проникновения воды. Состояние шлангов следует регулярно проверять. По окончании переливания жидкий криогенный продукт должен быть полностью удален из шлангов во избежание их разрыва в случае герметичного закрытия с обоих концов.
При эксплуатации сосудов и резервуаров с жидкими криогенными продуктами необходимо постоянно обращать внимание на состояние трубопроводов и устройств, по которым из них отводится образующийся пар. Известны неоднократные случаи, когда в результате вымораживания атмосферной влаги и образования льда на внутренних поверхностях горловин сосудов Дьюара и внутри сбросных трубопроводов давление в сосудах повышалось до опасных значений.
Отбор проб жидких криогенных продуктов на анализ следует осуществлять в предварительно охлажденные сосуды. Заполнять сосуды надо медленно, не допуская выбрасывания жидкостей из горловины. Жидкие криогенные продукты имеют температуру 77-90К (196- 183 °С). В связи с этим обращаться с ними следует осторожно. Попав на кожу, они быстро растекаются на поверхности и вызывают сильное охлаждение, что может привести к обмораживанию. Особенно опасно попадание капель сжиженных газов в глаза, что приводит к серьезным травмам. Кратковременное воздействие капель жидкого криогенного продукта на кожу не вызывает ее повреждения ввиду очень малой теплоемкости сжиженных газов. Однако опасность обмораживания существенно возрастает при попадании капель жидкого криогенного продукта за воротник одежды или внутрь обуви. При работе с жидким криогенным продуктом необходимо защищать глаза лицевым щитком или защитными очками, имеющими боковые щитки. Верхняя одежда должна быть наглухо закрыта, а брюки должны закрывать обувь. Опасно прикосновение руками к предметам и стенкам сосудов, охлажденных криогенными жидкостям. В связи с этим операции по заливанию, переливанию и переносу жидких криогенных продуктов следует производить в асбестовых, кожаных или брезентовых рукавицах, которые следует надевать на руку свободно, чтобы при необходимости их можно было легко сбросить. При попадании жидких криогенных продуктов на незащищенный участок тела его следует немедленно обмыть водой.
В помещениях, где ведутся работы с жидкими криогенными продуктами, должна быть организована хорошая вентиляция и контроль за содержанием кислорода в воздухе помещения. Следует иметь в виду, что кислород и аргон при комнатной температуре значительно тяжелее воздуха. Поэтому при утечках в помещение содержание этих газов в приямках и траншеях могут быть значительно выше содержаний в помещении. Этим обуславливается необходимость контроля содержания кислорода в приямках и траншеях перед доступом туда людей для выполнения каких-либо работ. После окончания работ с жидкими криогенными продуктами или перерыве в работах на значительное время сосуды с жидкими крио-продуктами из помещения необходимо удалить, а из открытых ванн и сосудов криопродукты следует слить. Если по каким-либо причинам сосуды с криопродуктами были оставлены в закрытом помещении, вход в него персонала может быть допущен только после контроля содержания кислорода в помещении. Категорически запрещается выливать жидкие криогенные продукты на пол помещений ввиду того, что испарение их приводит к значительному загрязнению атмосферы помещения, а также к охлаждению перекрытий, что может привести к разрушению последних. Слив в помещении жидкого кислорода может привести к пожару или взрыву. Неиспользованные жидкие криогенные продукты необходимо сливать в специальные испарители или резервуары. Слив их на грунт неоднократно приводил к сильным взрывам, так как криогенные жидкости постепенно пропитывают грунт и могут проникать на значительную глубину, достигая находящиеся там горючие предметы. В помещениях, где проводят работы с жидкими криогенными продуктами, должны быть обеспечены необходимая вентиляция и регулярный контроль за содержанием кислорода в воздухе. Проведение каких-либо работ запрещается, если содержание кислорода в воздухе более 23 или менее 19 %.
Жидкие криогенные продукты относятся к опасным грузам. Классификация их по степеням опасности согласно ГОСТ 19433-81 «Грузы опасные» и особенности их транспортировки изложены в Правилах перевозки автомобильным транспортом инертных газов и кислорода сжатых и жидких.
Особенности обращения с жидким кислородом.
Особую опасность при контакте с жидким кислородом представляют вещества, например дерево, асфальт, которые пропитываются им и образуют так называемые оксиликвиты, по своим взрывным свойствам близкие к наиболее сильным взрывчатым веществам.
Опасно также соприкосновение жидкого кислорода с маслом, жирами, тканями. Все оборудование, предназначенное для работы с жидким кислородом, должно быть обезжирено и соответственно обработано для удаления остатков растворителя. При хранении и использовании инструмента и оборудования, предназначенных для работы с жидким кислородом, следует обеспечить их чистоту.
В помещениях, где проводятся работы с жидким кислородом, должны быть вывешены плакаты «Осторожно, кислород!».
Ремонт аппаратов, сосудов, приборов и коммуникаций, в которых находился жидкий кислород, можно проводить только после их отогрева до положительных температур и удаления из них газообразного кислорода продувкой воздухом.
Оборудование, предназначенное для работы с жидким кислородом, категорически запрещается использовать для работы с другими криогенными продуктами, так как при этом оно может быть загрязнено.
В помещениях, где проводят работы с жидким кислородом, категорически запрещается курить, зажигать спички, пользоваться открытым огнем и электронагревателями с открытой спиралью. В этих помещениях должны быть вывешены специальные плакаты.
Одежду, в которой проводили работы с жидким кислородом, следует хранить в шкафах в специальных отделениях, изолированно от загрязненной спецодежды. Одежда должна висеть свободно. Если она была облита жидким кислородом, необходимо заменить ее другой, а пропитанную кислородом одежду надо проветрить в течение не менее чем 30 мин.
При работе с жидким кислородом неоднократно происходили взрывы, обусловленные взрывоопасностью большинства органических веществ в жидком кислороде, а также тем, что многие из них (асфальт, дерево, хлопчатобумажные ткани, опилки) пропитываются жидким кислородом, образуя взрывчатые вещества (оксиликвиты). Например, известно несколько взрывов с весьма тяжелыми последствиями, происшедших в результате проливов на асфальт жидкого кислорода во время его переливания из одного резервуара в другой. Во время одного из них взрыв был инициирован падением молотка на асфальт, пропитанный жидким кислородом. К взрывам большой силы приводили проливы жидкого кислорода на деревянные шпалы железнодорожных путей. Один из них был вызван трещиной в паяном соединении трубки, предназначенной для отбора жидкого кислорода на анализ. В результате во время стоянки железнодорожной емкости жидкий кислород капал на шпалы достаточно длительное время и после начала движения состава произошел сильный взрыв, повредивший участок железнодорожного пути и вагон, расположенный после кислородной цистерны. Также было повреждено остекление домов, расположенных в районе железнодорожного пути. Поэтому совершенно недопустимо переливать жидкий кислород или производить работы с ним в помещениях или на площадках, имеющих асфальтовое покрытие. Шпалы на путях, где производятся сливно-наполнительные работы с жидким кислородом, должны быть железобетонные. Наличие на промышленных площадках, а иногда и в помещениях, резервуаров с жидкими криогенными продуктами создает предпосылки для возникновения серьезных аварий в результате разливов жидких криогенных продуктов или их выпуска на грунт. В мировой практике известен ряд случаев с разливом жидкого кислорода, сопровождающихся очень тяжелыми последствиями. Например, на одном из химических предприятий жидкий кислород, ввиду отсутствия потребителей, в значительных количествах сливали на грунт. Постепенно, пропитав грунт, он проник до слоев битумной гидроизоляции, взрыв которой привел к значительным разрушениям. Мероприятия по предотвращению подобных аварий следует всегда прорабатывать при проектировании производств разделения воздуха. Особенности обращения с жидким кислородом должны учитываться при обращении с жидким воздухом и первичным криптоновым концентратом.
История сжижения кислорода под конец превратилась в соперничество. Но кто возьмет верх: инженер, всю жизнь проработавший на металлургическом заводе, или специалист по физике низких температур в Женевском университете? Лед или пламень, теория или практика, Эйфелева башня или Суэцкий канал одержат победу? Об этом читайте в рубрике «История науки».
Жидкий кислород, налитый в химический стакан, а не в сосуд Дьюара, удивит вас красивым голубым цветом. Этот цвет в прямом смысле небесной лазури – ведь этот газ составляет 21% воздуха. Но первым человеком, получившим его, был вполне приземленный инженер и владелец завода, не привыкший мечтами парить в небесах.
Луи-Поль Кайете родился в Бургундии, в живописной коммуне Шатийон-сюр-Сен. Школьное образование он начал получать там же, продолжил в Париже, а затем поступил в Горный институт вместе с братом Камилем. Там, в химической лаборатории, Луи познакомился со множеством будущих знаменитостей французского научного мира. Окончив институт, братья совершили несколько поездок в Англию, Австрию и Германию, тоже с образовательными целями: там они увидели самые современные доменные печи и прокатные станы, знакомились с самым передовым оборудованием. Но заниматься всю жизнь одной наукой не получилось: отец и дед молодых людей состарились, и дома, в Бургундии, нужна была помощь в работе на металлургическом заводе.
Шатийон-сюр-Сен
Myrabella / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0
Но и там Луи не прекратил научных изысканий. Сначала он занялся исследованием процессов горения древесины в печах, показав, что этот процесс приводит к выделению углекислого газа. Была у него слабость и к ботанике: свободное время он уделял своей небольшой оранжерее, где выращивал редкие орхидеи и бегонии, в результате даже опубликовав несколько статей по физиологии растений.
Оранжерея Кайете
Francois Darbois/Wikipedia
После того, как его брат умер от туберкулеза, а отец и дед – от старости в 1860-х годах, Луи-Поль Кайете остался единственным владельцем завода. Но это только подстегнуло его исследования. Он занялся изучением выплавки чугуна и участием в ней разных газов. Для понимания процессов в плавильных печах ученому нужно было измерить температуру и давление. Однако существующие приборы не работали в большом диапазоне температур и давлений, и Кайете посвятил полтора десятка лет своей жизни усовершенствованию манометров и термометров, а также изучению зависимости объема газов от давления и температуры, описанной законом Бойля-Мариотта.
Луи-Поль Кайете
Wikimedia Commons
В 1870 году на первом этаже оранжереи он построил себе лабораторию, оборудованную мощным гидравлическим насосом, чтобы изучать химические вещества при высоком давлении и температуре. Итогом его работы стал манометр, способный измерить давление до 400 атмосфер. В 1891 году он даже установил свой манометр на Эйфелевой башне.
Тогда Кайете и заинтересовался сжатием газов и решил получить их в жидком виде. В ноябре 1877 года он проводил опыты по сжижению ацетилена и диоксида азота, сначала сжимая их под большим давлением, а потом охлаждая их другими сжиженными газами. Кайете использовал эффект Джоуля-Томпсона, зная, что если замораживать газ при сильном давлении, а затем позволить ему резко расшириться, температура газа упадет еще больше.
Аппарат Кайете для сжижения газов
Popular Science Monthly Volume 12/Wikipedia
Но оборудование было несовершенным и не идеально герметичным, поэтому сжигаемый газ просачивался наружу. И только по небольшому облачку в сосуде он понял, что эксперименты увенчались успехом. Перед публикацией результатов Кайете проверил, не вызывают ли образование облачка примеси в ацетилене. Но, как выяснилось, и химически чистый ацетилен из лучших парижских химических лабораторий вел себя точно также. Но сжижать ацетилен было несложно, чего нельзя сказать о водороде (с которым, кстати, Кайете совладать так и не сможет – его аппарат неспособен был охладить этот газ до нужных температур, около -200°C).
Воодушевленный первым успехом, Луи-Поль Кайете приступил к работе по сжижению атмосферных газов. Начать он решил с кислорода. Схема опыта была похожей: сначала ученый довел давление в сосуде до 300 атмосфер, потом охладил газ до -29°C, а затем заставил расшириться при помощи паров диоксида серы. И снова получилось облачко капель, сконденсировавшихся в результате охлаждения. Свой отчет Кайете представил Академии наук 24 декабря. Но там его настигло неприятное известие: оказалось, что другой ученый уже прислал им телеграмму о сжижении кислорода два дня назад.
Рауль Пикет
Wikimedia Commons
Этим ученым был физик из Женевы Рауль Пикте. Он был третьим из пяти отпрысков старинного швейцарского рода. Получив образование в Париже, Пикте к тому времени уже семь лет возглавлял кафедру в Женевском университете, занимаясь физикой низких температур. До этого он успел поработать в Египте во время строительства Суэцкого канала, реорганизовав образовательные учреждения в этой стране.
В отличие от своего французского соперника, он сам не занимался инженерным делом и прикладной наукой, хотя и верил в важность образования в обеих областях. Несмотря на это, у него, несомненно, был изобретательский талант: уже в 23 года он сконструировал холодильную установку, которая производила 15 килограммов льда в час. Идея Пикте о том, что в холодильных установках должна быть смесь двух веществ, была развита в дальнейшем и использована на практике при создании холодильников и криогенного оборудования.
Лаборатория Рауля Пикте
Ch. Baude/L"Illustration, du 19 janvier 1878, vol. LXXI, p. 45, et L"Exposition de Paris, journal hebdomadaire, du 28 mai 1878, N°4, p. 28
Методы получения сжиженного кислорода Кайете и Пикте различались: швейцарец подверг кислород сжатию до 320 атмосфер, охладив его до -140°C при помощи паров сернистой и угольной кислот (по сути, оксидами серы (IV) и углекислым газом). Но, самое главное, оба метода работали, а фактически опыты Кайете увенчались успехом раньше, несмотря на то, что он долго составлял свой отчет.
Разрешить спор помог Анри Девиль – французский физикохимик, разработавший промышленный способ производства алюминия и преподаватель Сорбонны. Также он ввел теорию диссоциации – разложения вещества при нагревании – и изготовил эталоны метра и килограмма из сплава платины и иридия для Международной комиссии мер и весов в 1872 году. К такому влиятельному ученому нельзя было не прислушаться. Так на чьей же он был стороне? Оказалось, Девиль, друг Кайете, получил от него письмо, датированное 2 декабря, с точным и полным описанием опыта по получению кислорода. При возникновении разногласий Анри Девиль тут же доставил доказательства секретарю Академии наук. Так Луи-Поль Кайете и стал известен как первый ученый, получивший кислород в жидком виде.