¿Cómo se produce el oxígeno líquido? ¿Qué es el oxígeno líquido: información general?

PROPIEDADES DEL OXÍGENO Y MÉTODOS DE OBTENCIÓN

El oxígeno O2 es el elemento más abundante en la tierra. Se encuentra en grandes cantidades en forma de compuestos químicos con diversas sustancias en la corteza terrestre (hasta un 50% en peso), en combinación con hidrógeno en agua (aproximadamente un 86% en peso) y en estado libre en el aire atmosférico en una mezcla principalmente con nitrógeno en cantidad 20,93% vol. (23,15% en peso).

El oxígeno es de gran importancia en la economía nacional. Es muy utilizado en metalurgia; industria química; para el procesamiento de metales con llama de gas, perforación con fuego de rocas duras, gasificación subterránea de carbones; en medicina y diversos aparatos respiratorios, por ejemplo para vuelos a gran altura, y en otros ámbitos.

En condiciones normales, el oxígeno es un gas incoloro, inodoro e insípido que no es inflamable, pero favorece activamente la combustión. A temperaturas muy bajas, el oxígeno se vuelve líquido e incluso sólido.

Las constantes físicas más importantes del oxígeno son las siguientes:

El oxígeno es muy activo químicamente y forma compuestos con todos los elementos químicos excepto con los gases raros. Las reacciones del oxígeno con sustancias orgánicas tienen un carácter exotérmico pronunciado. Así, cuando el oxígeno comprimido interactúa con sustancias combustibles sólidas grasas o finamente dispersas, se produce su oxidación instantánea y el calor generado contribuye a la combustión espontánea de estas sustancias, lo que puede provocar un incendio o una explosión. Esta propiedad debe tenerse especialmente en cuenta a la hora de manipular equipos de oxígeno.

Una de las propiedades importantes del oxígeno es su capacidad para formar mezclas explosivas con gases inflamables y vapores líquidos inflamables en un amplio rango, lo que también puede provocar explosiones en presencia de una llama abierta o incluso una chispa. Las mezclas de aire con combustibles gaseosos o en vapor también son explosivas.

El oxígeno se puede obtener: 1) por métodos químicos; 2) electrólisis del agua; 3) físicamente desde el aire.

Los métodos químicos que implican la producción de oxígeno a partir de diversas sustancias son ineficaces y actualmente sólo tienen importancia en el laboratorio.

La electrólisis del agua, es decir, su descomposición en sus componentes: hidrógeno y oxígeno, se lleva a cabo en dispositivos llamados electrolizadores. Se pasa una corriente continua a través del agua, a la que se le añade sosa cáustica NaOH para aumentar la conductividad eléctrica; el oxígeno se acumula en el ánodo y el hidrógeno en el cátodo. La desventaja de este método es el alto consumo de energía: se consumen 12-15 kW por 1 m 3 0 2 (además, se obtienen 2 m 3 N 2). h. Este método es racional en presencia de electricidad barata, así como en la producción de hidrógeno electrolítico, cuando el oxígeno es un producto de desecho.

El método físico consiste en separar el aire en sus componentes mediante un enfriamiento profundo. Este método permite obtener oxígeno en cantidades casi ilimitadas y es de gran importancia industrial. El consumo de electricidad por 1 m 3 O 2 es de 0,4 a 1,6 kW. h, dependiendo del tipo de instalación.

OBTENCIÓN DE OXÍGENO DEL AIRE

El aire atmosférico es principalmente una mezcla mecánica de tres gases con el siguiente contenido volumétrico: nitrógeno - 78,09%, oxígeno - 20,93%, argón - 0,93%. Además, contiene aproximadamente un 0,03% de dióxido de carbono y pequeñas cantidades de gases raros, hidrógeno, óxido nitroso, etc.

La tarea principal al obtener oxígeno del aire es separar el aire en oxígeno y nitrógeno. En el camino se separa el argón, cuyo uso en métodos especiales de soldadura aumenta constantemente, así como los gases raros, que desempeñan un papel importante en varias industrias. El nitrógeno tiene algunos usos en la soldadura como gas protector, en medicina y otros campos.

La esencia del método es el enfriamiento profundo del aire, convirtiéndolo en un estado líquido, que a presión atmosférica normal se puede lograr en el rango de temperatura de -191,8 ° C (inicio de la licuefacción) a -193,7 ° C (fin de la licuefacción). ).

La separación del líquido en oxígeno y nitrógeno se lleva a cabo utilizando la diferencia en sus temperaturas de ebullición, a saber: T pb. o2 = -182,97°C; Temperatura de ebullición N2 = -195,8° C (a 760 mm Hg).

Con la evaporación gradual de un líquido, el nitrógeno, que tiene un punto de ebullición más bajo, pasará primero a la fase gaseosa y, a medida que se libera, el líquido se enriquecerá con oxígeno. Repetir este proceso muchas veces permite obtener oxígeno y nitrógeno de la pureza requerida. Este método de separar líquidos en sus componentes se llama rectificación.

Para producir oxígeno del aire, existen empresas especializadas equipadas con unidades de alto rendimiento. Además, las grandes empresas metalúrgicas cuentan con sus propias estaciones de oxígeno.

Las bajas temperaturas necesarias para licuar el aire se obtienen mediante los llamados ciclos de refrigeración. A continuación se comentan brevemente los principales ciclos de refrigeración utilizados en las instalaciones modernas.

El ciclo de refrigeración con estrangulación del aire se basa en el efecto Joule-Thomson, es decir, una fuerte disminución de la temperatura del gas durante su libre expansión. El diagrama del ciclo se muestra en la Fig. 2.

El aire se comprime en un compresor de múltiples etapas 1 a 200 kgf/cm2 y luego pasa a través de un refrigerador 2 con agua corriente. El enfriamiento profundo del aire se produce en el intercambiador de calor 3 mediante el flujo inverso de gas frío desde el colector de líquido (licuador) 4. Como resultado de la expansión del aire en la válvula de mariposa 5, se enfría adicionalmente y parcialmente. licuado.

La presión en el colector 4 se regula entre 1 y 2 kgf/cm 2 . El líquido se drena periódicamente de la colección a recipientes especiales a través de la válvula 6. La parte no licuada del aire se descarga a través de un intercambiador de calor, enfriando nuevas porciones de aire entrante.

El enfriamiento del aire hasta la temperatura de licuefacción se produce gradualmente; Cuando se enciende la instalación, hay un periodo de arranque durante el cual no se observa licuefacción del aire, sino que sólo se produce un enfriamiento de la instalación. Este período dura varias horas.

La ventaja del ciclo es su simplicidad, pero la desventaja es el consumo de energía relativamente alto: hasta 4,1 kW. h por 1 kg de aire licuado a una presión del compresor de 200 kgf/cm 2; a menor presión, el consumo específico de energía aumenta considerablemente. Este ciclo se utiliza en instalaciones de baja y media capacidad para producir gas oxígeno.

El ciclo de estrangulación y preenfriamiento del aire con amoniaco es algo más complejo.

El ciclo de refrigeración de media presión con expansión en expansor se basa en una disminución de la temperatura del gas durante la expansión con retorno de trabajo externo. Además, también se utiliza el efecto Joule-Thomson. El diagrama del ciclo se muestra en la Fig. 3.

El aire se comprime en el compresor 1 a 20-40 kgf/cm 2, pasa por el refrigerador 2 y luego por los intercambiadores de calor 3 y 4. Después del intercambiador de calor 3, la mayor parte del aire (70-80%) se envía al pistón de expansión. máquina expansora 6, y una parte más pequeña del aire (20-30%) va a la expansión libre a la válvula de mariposa 5 y luego al colector 7, que tiene una válvula 8 para drenar el líquido. En el expansor 6

el aire, ya enfriado en el primer intercambiador de calor, funciona: empuja el pistón de la máquina, su presión cae a 1 kgf/cm 2, por lo que la temperatura desciende bruscamente. Desde el expansor, el aire frío, que tiene una temperatura de aproximadamente -100 ° C, se descarga al exterior a través de los intercambiadores de calor 4 y 3, enfriando el aire entrante. Por tanto, el expansor proporciona una refrigeración muy eficaz de la instalación a una presión relativamente baja en el compresor. El trabajo del expansor se aprovecha de forma útil y esto compensa parcialmente la energía gastada en la compresión del aire en el compresor.

Las ventajas del ciclo son: una presión de compresión relativamente baja, que simplifica el diseño del compresor, y una mayor capacidad de refrigeración (gracias al expansor), que garantiza un funcionamiento estable de la instalación cuando el oxígeno se toma en forma líquida.

Ciclo de refrigeración de baja presión con expansión en turboexpansor, desarrollado por Acad. P. L. Kapitsa, se basa en la utilización de aire a baja presión con producción de frío únicamente mediante la expansión de este aire en una turbina de aire (turboexpansor) con producción de trabajo externo. El diagrama del ciclo se muestra en la Fig. 4.

El aire se comprime mediante el turbocompresor 1 a 6-7 kgf/cm2, se enfría con agua en el frigorífico 2 y se suministra a los regeneradores 3 (intercambiadores de calor), donde se enfría mediante un flujo inverso de aire frío. Hasta el 95% del aire después de los regeneradores se envía al turboexpansor 4, se expande a una presión absoluta de 1 kgf/cm 2 con trabajo externo y se enfría bruscamente, después de lo cual se suministra al espacio de tuberías del condensador 5. y condensa el resto del aire comprimido (5%), entrando al espacio anular. Desde el condensador 5, el flujo de aire principal se dirige a los regeneradores y enfría el aire entrante, y el aire líquido pasa a través de la válvula de mariposa 6 al colector 7, desde donde se drena a través de la válvula 8. El diagrama muestra un regenerador , pero en realidad son varios y se encienden uno por uno.

Las ventajas de un ciclo de baja presión con turboexpansor son: mayor eficiencia de las turbomáquinas en comparación con las máquinas de pistón, simplificación del esquema tecnológico, mayor confiabilidad y seguridad contra explosiones de la instalación. La bicicleta se utiliza en instalaciones de alta capacidad.

La separación del aire líquido en componentes se lleva a cabo mediante el proceso de rectificación, cuya esencia es que la mezcla vaporosa de nitrógeno y oxígeno formada durante la evaporación del aire líquido pasa a través de un líquido con un menor contenido de oxígeno. Como hay menos oxígeno en el líquido y más nitrógeno, tiene una temperatura más baja que el vapor que lo atraviesa, y esto provoca la condensación del oxígeno del vapor y su enriquecimiento del líquido con la evaporación simultánea del nitrógeno del líquido. es decir, su enriquecimiento del vapor por encima del líquido.

La figura que se muestra en la figura puede dar una idea de la esencia del proceso de rectificación. 5 es un diagrama simplificado del proceso de evaporación y condensación repetidas de aire líquido.

Suponemos que el aire se compone únicamente de nitrógeno y oxígeno. Imaginemos que hay varios vasos (I-V) conectados entre sí; el de arriba contiene aire líquido que contiene un 21% de oxígeno. Gracias a la disposición escalonada de los vasos, el líquido fluirá hacia abajo y al mismo tiempo se enriquecerá gradualmente con oxígeno y su temperatura aumentará.

Supongamos que en el recipiente II hay un líquido que contiene 30% de 0 2, en el recipiente III - 40%, en el recipiente IV - 50% y en el recipiente V - 60% de oxígeno.

Para determinar el contenido de oxígeno en la fase de vapor, usaremos un gráfico especial: Fig. 6, cuyas curvas indican el contenido de oxígeno en líquido y vapor a distintas presiones.

Comencemos a evaporar el líquido en el recipiente V a una presión absoluta de 1 kgf/cm 2 . Como se puede ver en la Fig. 6, encima del líquido en este recipiente, que consta de 60 % de 0 2 y 40 % de N 2, puede haber una composición de vapor en equilibrio que contenga 26,5 % de 0 2 y 73,5 % de N 2, que tenga la misma temperatura que el líquido. Introducimos este vapor en el recipiente IV, donde el líquido contiene sólo 50% de 0 2 y 50% de N 2 y, por tanto, estará más frío. De la Fig. 6 muestra que el vapor sobre este líquido puede contener solo 19% de 0 2 y 81% de N 2, y solo en este caso su temperatura será igual a la temperatura del líquido en este recipiente.

En consecuencia, el vapor suministrado al recipiente IV desde el recipiente V, que contiene 26,5% de O 2, tiene una temperatura más alta que el líquido en el recipiente IV; por lo tanto, el oxígeno del vapor se condensa en el líquido del recipiente IV y parte del nitrógeno del mismo se evaporará. Como resultado, el líquido del recipiente IV se enriquecerá con oxígeno y el vapor que se encuentra encima se enriquecerá con nitrógeno.

Un proceso similar ocurrirá en otros vasos y, así, al drenar de los vasos superiores a los inferiores, el líquido se enriquece con oxígeno, condensándolo de los vapores ascendentes y dándoles su nitrógeno.

Continuando el proceso hacia arriba, se puede obtener vapor que consiste en nitrógeno casi puro y, en la parte inferior, oxígeno líquido puro. En realidad, el proceso de rectificación que se produce en las columnas de destilación de las plantas de oxígeno es mucho más complicado de lo descrito, pero su contenido fundamental es el mismo.

Independientemente del esquema tecnológico de la instalación y del tipo de ciclo frigorífico, el proceso de producción de oxígeno a partir del aire incluye las siguientes etapas:

1) limpiar el aire del polvo, vapor de agua y dióxido de carbono. La unión del CO2 se logra haciendo pasar aire a través de una solución acuosa de NaOH;

2) compresión de aire en un compresor seguida de enfriamiento en refrigeradores;

3) enfriamiento de aire comprimido en intercambiadores de calor;

4) expansión de aire comprimido en una válvula de mariposa o expansor para enfriarlo y licuarlo;

5) licuefacción y rectificación de aire para producir oxígeno y nitrógeno;

6) drenar oxígeno líquido a tanques estacionarios y descargar oxígeno gaseoso a tanques de gas;

7) control de calidad del oxígeno producido;

8) llenar tanques de transporte con oxígeno líquido y llenar cilindros con oxígeno gaseoso.

La calidad del oxígeno gaseoso y líquido está regulada por los GOST correspondientes.

Según GOST 5583-58, el oxígeno técnico gaseoso se produce en tres grados: el más alto, con un contenido de al menos 99,5% de O 2, el 1º, al menos 99,2% de O 2 y el 2º, al menos 98,5% de O 2. el resto es argón y nitrógeno (0,5-1,5%). El contenido de humedad no debe exceder los 0,07 g/f 3 . El oxígeno obtenido por electrólisis del agua no debe contener más del 0,7% de hidrógeno en volumen.

Según GOST 6331-52, el oxígeno líquido se produce en dos grados: grado A con un contenido de al menos 99,2% de O 2 y grado B con un contenido de al menos 98,5% de O 2 . El contenido de acetileno en el oxígeno líquido no debe exceder los 0,3 cm 3 /l.

El oxígeno de proceso utilizado para intensificar diversos procesos en la industria metalúrgica, química y otras industrias contiene entre un 90% y un 98% de O 2 .

El control de calidad del oxígeno gaseoso y líquido se realiza directamente durante el proceso de producción mediante instrumentos especiales.

Administración Calificación general del artículo: Publicado: 2012.06.01

El oxígeno es un elemento químico, número atómico 8, masa atómica 15,9994. Normalmente, la concentración de oxígeno (en forma de moléculas de O 2) en la atmósfera al nivel del mar es del 21% en volumen. El oxígeno es ligeramente más pesado que el aire, el peso de 1 m 3 de oxígeno a 0° y 760 mm Hg. Arte. igual a 1,43 kg. Densidad relativa al aire 1.1. A una temperatura de -182,97°C y una presión de 760 mm Hg. Arte. El oxígeno se convierte en un líquido azulado de fácil movilidad que se evapora vigorosamente a temperaturas normales. En este caso, el volumen ocupado por el gas disminuye aproximadamente 850 veces. Cuando se calienta, el oxígeno líquido vuelve a convertirse en gas. El peso de 1 litro de oxígeno líquido a una temperatura de -183°C es 1,14 kg. El oxígeno líquido a presión atmosférica se solidifica a una temperatura de -218,4°C y forma cristales azulados. Fórmula química - O. En condiciones normales, la molécula de oxígeno es diatómica - O 2.

El oxígeno en condiciones normales (temperatura y presión) es un gas transparente sin olor, sabor ni color. No es un gas inflamable, pero puede favorecer activamente la combustión.

En términos de actividad química entre los no metales, el oxígeno ocupa el segundo lugar después del flúor.

Todos los elementos, excepto los metales nobles (platino, oro, plata, rodio, paladio, etc.) y (xenón, criptón y neón), reaccionan con el oxígeno (oxidación) y forman óxidos. El proceso de oxidación de elementos suele ser de naturaleza exotérmica (con liberación de calor). También es necesario tener en cuenta el hecho de que con el aumento de temperatura, presión o el uso de catalizadores, la velocidad de la reacción de oxidación aumenta considerablemente.

Historia del descubrimiento del oxígeno.

Se atribuye el descubrimiento del oxígeno. Jose Priestley(José Priestley). Tenía un laboratorio equipado con instrumentos para recolectar gases. Priestley probó los efectos fisiológicos del oxígeno en él mismo y en ratones. Descubrió que después de inhalar oxígeno se sentía durante algún tiempo una agradable ligereza. Los ratones en un frasco de aire herméticamente cerrado se asfixian más rápido que en un frasco de oxígeno. Como Priestley era partidario de la teoría del flogisto, nunca supo lo que tenía en sus manos. Sólo describió el oxígeno, sin siquiera darse cuenta de lo que estaba describiendo. Descubrió el oxígeno y le puso nombre. Antoine Laurent Lavoisier(Antoine Laurent de Lavoisier).

Lavoisier realizó su famoso experimento, que duró 12 días.

Calentó mercurio en una réplica. Al hervir se formó su óxido rojo. Cuando se enfrió la retorta, resultó que el aire que contenía había disminuido casi 1/6 de su volumen y el resto del mercurio pesaba menos que antes del calentamiento. Pero cuando el óxido de mercurio se descompuso mediante una fuerte calcinación, todo volvió: tanto la falta de mercurio como el oxígeno “desaparecido”.

Posteriormente, Lavoisier estableció que este gas forma parte de los ácidos nítrico, sulfúrico y fosfórico. Creyó erróneamente que el oxígeno estaba necesariamente incluido en los ácidos y, por lo tanto, lo llamó "oxigenio", que significa "dar a luz a los ácidos". Ahora son bien conocidos los ácidos desprovistos de oxígeno (por ejemplo: clorhídrico, sulfuro de hidrógeno, cianhídrico, etc.).

Obteniendo oxígeno

El oxígeno se obtiene de tres formas:

• separación del aire mediante rectificación a baja temperatura (enfriamiento profundo);
• descomposición del agua por electrólisis (pasando corriente eléctrica);
• método químico.

El oxígeno se obtiene del aire atmosférico. por método de enfriamiento profundo, como subproducto en la producción de nitrógeno. Discutimos este método en el artículo.

Producción de oxígeno por pasar una corriente eléctrica a través del agua(electrólisis del agua) con la producción asociada de hidrógeno que consideramos en el artículo

método químico la obtención es ineficaz y, por tanto, antieconómica; no ha encontrado una aplicación amplia y se utiliza en la práctica de laboratorio;

El gas oxígeno, técnico y médico, se produce según. Se almacena y transporta en cilindros de acero bajo una presión de 15 MPa. Los de oxígeno están pintados de azul con la inscripción “OXÍGENO” en letras negras.

El oxígeno líquido es liberado por. El oxígeno está en estado líquido sólo durante la recepción, almacenamiento y transporte. Para el corte con gas o gas, se debe volver a poner en estado gaseoso.

La historia de la licuefacción del oxígeno finalmente se convirtió en una rivalidad. Pero ¿quién prevalecerá: un ingeniero que haya trabajado toda su vida en una planta metalúrgica o un especialista en física de bajas temperaturas de la Universidad de Ginebra? Hielo o fuego, teoría o práctica, ¿ganará la Torre Eiffel o el Canal de Suez? Lea sobre esto en la sección "Historia de la ciencia".

El oxígeno líquido vertido en un vaso de precipitados en lugar de en un matraz Dewar le sorprenderá con un hermoso color azul. Este color es literalmente el azul del cielo; después de todo, este gas constituye el 21% del aire. Pero la primera persona que lo recibió fue un ingeniero y propietario de una fábrica con los pies en la tierra, que no estaba acostumbrado a surcar los cielos con sueños.

Louis-Paul Cayette nació en Borgoña, en la pintoresca comuna de Chatillon-sur-Seine. Allí comenzó su educación escolar, continuó en París y luego ingresó en el Instituto de Minería con su hermano Kamil. Allí, en un laboratorio químico, Louis conoció a muchas futuras celebridades del mundo científico francés. Después de graduarse de la universidad, los hermanos hicieron varios viajes a Inglaterra, Austria y Alemania, también con fines educativos: allí vieron los altos hornos y laminadores más modernos y se familiarizaron con los equipos más avanzados. Pero no fue posible estudiar ciencias solo toda mi vida: el padre y el abuelo de los jóvenes envejecieron y en su casa, en Borgoña, necesitaban ayuda para trabajar en una planta metalúrgica.

Châtillon-sur-Seine

Myrabella / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0

Pero incluso allí, Louis no detuvo la investigación científica. Primero, comenzó a estudiar los procesos de combustión de leña en estufas, demostrando que este proceso conduce a la liberación de dióxido de carbono. También tenía debilidad por la botánica: dedicaba su tiempo libre a su pequeño invernadero, donde cultivaba raras orquídeas y begonias, por lo que incluso publicó varios artículos sobre fisiología vegetal.

Invernadero Cayete

Francois Darbois/Wikipedia

Después de que su hermano muriera de tuberculosis y su padre y su abuelo fueran ancianos en la década de 1860, Louis-Paul Cayété siguió siendo el único propietario de la planta. Pero esto sólo estimuló su investigación. Comenzó a estudiar la fundición del hierro y la participación en ella de diversos gases. Para comprender los procesos en los hornos de fundición, el científico necesitaba medir la temperatura y la presión. Sin embargo, los instrumentos existentes no funcionaban en una amplia gama de temperaturas y presiones, y Cayete dedicó una década y media de su vida a mejorar manómetros y termómetros, así como a estudiar la dependencia del volumen de gases de la presión y la temperatura. descrito por la ley de Boyle-Mariotte.

Luis Pablo Cayete

Wikimedia Commons

En 1870, en la planta baja del invernadero, construyó él mismo un laboratorio equipado con una potente bomba hidráulica para estudiar productos químicos a alta presión y temperatura. El resultado de su trabajo fue un manómetro capaz de medir presiones de hasta 400 atmósferas. En 1891 incluso instaló su manómetro en la Torre Eiffel.

Entonces Cayete se interesó por comprimir gases y decidió obtenerlos en forma líquida. En noviembre de 1877, realizó experimentos sobre la licuefacción de acetileno y dióxido de nitrógeno, primero comprimiéndolos a alta presión y luego enfriándolos con otros gases licuados. Cayete utilizó el efecto Joule-Thompson, sabiendo que si congelas un gas a alta presión y luego dejas que se expanda rápidamente, la temperatura del gas bajará aún más.

Aparato de Cayete para licuar gases.

Volumen mensual de divulgación científica 12/Wikipedia

Pero el equipo era imperfecto y no estaba perfectamente sellado, por lo que el gas quemado se filtró. Y sólo por una pequeña nube en el barco se dio cuenta de que los experimentos habían sido un éxito. Antes de publicar los resultados, Cayete comprobó si las impurezas del acetileno estaban provocando la formación de nubes. Pero resultó que el acetileno químicamente puro procedente de los mejores laboratorios químicos parisinos se comportó exactamente igual. Pero no fue difícil licuar el acetileno, lo que no se puede decir del hidrógeno (que, dicho sea de paso, Kayete nunca podría hacer frente: su aparato no pudo enfriar este gas a las temperaturas requeridas, alrededor de -200°C). .

Animado por el primer éxito, Louis-Paul Cayette comenzó a trabajar en la licuefacción de gases atmosféricos. Decidió empezar con oxígeno. El esquema experimental fue similar: primero, el científico llevó la presión en el recipiente a 300 atmósferas, luego enfrió el gas a -29°C y luego lo obligó a expandirse con vapor de dióxido de azufre. Y nuevamente resultó ser una nube de gotas que se condensaron como resultado del enfriamiento. Cayete presentó su informe ante la Academia de Ciencias el pasado 24 de diciembre. Pero allí le sorprendió una noticia desagradable: resultó que otro científico ya les había enviado un telegrama hace dos días sobre la licuefacción del oxígeno.

Raúl Piqueta

Wikimedia Commons

Este científico era el físico ginebrino Raoul Pictet. Era el tercero de cinco descendientes de una antigua familia suiza. Pictet, formado en París, ya había sido jefe de departamento de la Universidad de Ginebra durante siete años, estudiando física de bajas temperaturas. Antes de eso, logró trabajar en Egipto durante la construcción del Canal de Suez, reorganizando instituciones educativas en este país.

A diferencia de su rival francés, él mismo no se dedicaba a la ingeniería ni a las ciencias aplicadas, aunque creía en la importancia de la educación en ambos campos. A pesar de ello, sin duda tenía talento inventivo: ya a los 23 años diseñó una unidad de refrigeración que producía 15 kilogramos de hielo por hora. La idea de Pictet de que las unidades de refrigeración deberían contener una mezcla de dos sustancias se desarrolló y se utilizó en la práctica en la creación de refrigeradores y equipos criogénicos.

Laboratorio de Raoul Pictet

Cap. Baude/L'Illustration, del 19 de enero de 1878, vol. LXXI, p. 45, y L'Exposition de Paris, journal hebdomadaire, del 28 de mayo de 1878, n°4, p. 28

Los métodos para producir oxígeno licuado de Cayette y Pictet eran diferentes: los suizos sometían el oxígeno a una compresión de 320 atmósferas y lo enfriaban a -140°C con ayuda de vapores de ácidos sulfuroso y carbónico (esencialmente, óxidos de azufre (IV) y dióxido de carbono). Pero, lo más importante, ambos métodos funcionaron y, de hecho, los experimentos de Cayete se vieron coronados por el éxito antes, a pesar de que tardó mucho en redactar su informe.

Henri Deville, un físico químico francés que desarrolló un método industrial para la producción de aluminio y profesor en la Sorbona, ayudó a resolver la disputa. También introdujo la teoría de la disociación (la descomposición de la materia cuando se calienta) e hizo los estándares del metro y el kilogramo a partir de una aleación de platino e iridio para la Comisión Internacional de Pesas y Medidas en 1872. Era imposible no escuchar a un científico tan influyente. Entonces, ¿de qué lado estaba él? Resultó que Deville, amigo de Cayete, recibió una carta suya, fechada el 2 de diciembre, con una descripción precisa y completa del experimento para la obtención de oxígeno. Cuando surgieron desacuerdos, Henri Deville entregó inmediatamente las pruebas al secretario de la Academia de Ciencias. Así fue como Louis-Paul Cayette se hizo conocido como el primer científico que obtuvo oxígeno en forma líquida.

El oxígeno líquido es un líquido azul pálido que tiene propiedades criogénicas moderadas. La principal fuente de oxígeno es el aire atmosférico. Primero se licua y luego se separa en oxígeno y nitrógeno.

Ámbito de aplicación del oxígeno líquido:

• En la industria metalúrgica, el oxígeno se utiliza en la fundición de plomo, zinc, níquel, circonio y otros metales no ferrosos. Además, el oxígeno líquido intensifica los procesos de quema de materias primas;
• En la industria de defensa, el oxígeno líquido se utiliza como componente oxidante del combustible para cohetes. Normalmente, el oxígeno se utiliza en combinación con hidrógeno líquido o queroseno;
• En la medicina moderna, el oxígeno se utiliza para repostar unidades móviles de inhalación de oxígeno.

Además, el oxígeno líquido se utiliza activamente al realizar trabajos de soldadura y corte en metal.

Para obtener oxígeno se utiliza destilación fraccionada de aire. Este es un proceso bastante complejo, ya que el oxígeno líquido se crea con un alto consumo de energía. La mayoría de las veces, las instalaciones de oxígeno se instalan en empresas de reparación mecánica, ingeniería y otras empresas que tienen una necesidad constante de oxígeno líquido.

El oxígeno es el elemento más abundante en el planeta. Está presente en el agua, la corteza terrestre, el aire y en los organismos de los seres vivos, participando activamente en muchos procesos metabólicos. En la naturaleza suele existir en forma gaseosa, pero en la industria se utiliza a menudo en forma líquida. ¿Cómo se comporta el oxígeno líquido? ¿Qué propiedades tiene y dónde se utiliza?

Gas oxígeno

El oxígeno es uno de los elementos más importantes del planeta. Participa en el proceso de respiración, en el metabolismo de los organismos vivos, así como en la circulación de sustancias en la biosfera. Además, favorece la pudrición y descomposición de la materia orgánica.

En condiciones normales, es un gas incoloro, insípido e inodoro. Es más pesado que el aire y difícil de disolver en agua. Químicamente es muy activo y es capaz de formar compuestos con casi todos los elementos.

En estado libre en forma de moléculas de O 2 formadas por dos átomos de oxígeno, se encuentra en la atmósfera. Debido a esta estructura, el elemento también se llama "dioxígeno", pero puede existir en otras variaciones. En determinadas condiciones, sus átomos pueden formar “trioxígeno” con la molécula de O3, que es un gas de ozono azul con un olor específico.

En la atmósfera, el contenido de oxígeno es aproximadamente del 21% en masa, en la corteza terrestre su proporción es mucho mayor y ronda el 47% en masa. El elemento forma parte de más de mil quinientos rocas y minerales diferentes, la mayoría de los cuales son silicatos. Allí está presente en forma de compuestos. En el agua, su contenido alcanza el 85%, lo que no es de extrañar, porque los átomos de oxígeno forman agua junto con el elemento hidrógeno.

Oxígeno líquido

Como otras sustancias, el oxígeno puede existir en varios estados de agregación. Para convertir un gas en sólido o líquido, debe estar muy frío. A una presión de 51 atmósferas, se vuelve líquido ya a -119 °C. A presión normal, la transformación se produce sólo a -183 °C. Cuando se enfría a -220°C, se endurece para formar cristales de color azul claro parecidos a la nieve.

En estado líquido, el oxígeno se vuelve azul y potencia algunas de las propiedades de la sustancia gaseosa. Por tanto, se comporta de forma más agresiva en las reacciones químicas, y además se convierte en un fuerte paramagnético y puede ser atraído por un imán.

Sólo hierve a -183 °C y se funde a +219 °C. Debido a su resistencia a temperaturas tan bajas, el oxígeno líquido tiene propiedades criogénicas y puede utilizarse como refrigerante. En condiciones normales, se evapora rápidamente y se convierte en gas. Al mismo tiempo, absorbe intensamente el calor y enfría el aire circundante, provocando que aparezca un halo de niebla a su lado. Durante la evaporación, el volumen de oxígeno aumenta varios cientos de veces. Así, 1 cm 3 de líquido forma casi 800 cm 3 de gas.

Propiedades químicas

El gas oxígeno es un agente oxidante. Por sí solo no es inflamable, pero favorece bien el proceso de combustión y, en concentraciones significativas y altas temperaturas, es explosivo.

Puede reaccionar con sustancias activas (por ejemplo, metales alcalinos) incluso a temperatura ambiente y en concentraciones normales en el aire, formando compuestos de óxido con ellos. El resultado es claramente visible en muchos metales y se manifiesta en forma de corrosión.

El oxígeno líquido también tiene fuertes propiedades oxidantes. Muchas sustancias impregnadas con él son fácilmente inflamables y se queman, liberando energía y calor. El algodón, el papel, la madera, el carbón y algunos otros materiales pueden explotar.

Recibo

La fuente de oxígeno más común y más fácil de obtener es el aire. Además, es inagotable y está presente en todas partes de nuestra vida. Para obtener de él las sustancias necesarias, se licua y luego se divide en nitrógeno líquido y oxígeno.

Otra forma de obtener líquido es condensándolo a partir de gas. Para hacer esto, simplemente baje una bobina de cobre a un recipiente con nitrógeno líquido y luego pase oxígeno gaseoso a través de la bobina. La temperatura del nitrógeno es inferior a la del oxígeno, por lo que al pasar por el tubo de cobre, el gas se condensará y se convertirá en líquido. En este caso, se forma una pequeña capa de nieve en la superficie de la bobina.

Solicitud

La capacidad del oxígeno líquido para oxidar otras sustancias y mejorar la combustión se valora en muchas áreas de producción. A finales del siglo XIX y mediados del XX se fabricaba el explosivo "Oxiliquit", que se utilizaba en la industria minera para hacer estallar rocas y también como arma en la Segunda Guerra Mundial.

Hoy en día se utiliza con mayor frecuencia en la industria médica, farmacéutica, metalúrgica, del vidrio, química, papelera y de otro tipo. Con su ayuda se obtienen varios compuestos útiles, por ejemplo, el óxido de titanio, que se utiliza en la producción de pinturas, papel y plásticos. Al fabricar vidrio, es necesario mantener el calor en los hornos, así como reducir la cantidad de óxido de nitrógeno que ingresa a la atmósfera. En la aviación espacial, el oxígeno líquido es uno de los componentes del combustible para cohetes, donde se utiliza como oxidante, y el hidrógeno o el queroseno actúan como combustible en sí.

Los medicamentos y los productos farmacéuticos tampoco pueden prescindir de él. El oxígeno líquido se incluye en los biorreactores y también se utiliza como aditivo para las enzimas. En medicina, es necesario para anestesia, preparación de baños y cócteles de oxígeno, tratamiento o alivio de intoxicaciones, asma y otras dolencias. Aquí la mayoría de las veces no se utiliza directamente como líquido, sino que es una fuente de oxígeno gaseoso.

Almacenamiento y precauciones

El oxígeno líquido no se enciende ni explota por sí solo, no es tóxico para los humanos y no es perjudicial para el medio ambiente. Sin embargo, la reacción activa en los procesos químicos, así como el efecto criogénico, hacen que no sea una sustancia completamente segura.

Al trabajar con él, es necesario mantener alejados los lubricantes, materiales combustibles e inflamables y utilizar siempre guantes y ropa protectora. El oxígeno a temperaturas muy bajas daña fácilmente la piel y puede provocar congelación, lesiones y muerte de las células vivas. Si el líquido cubre una parte importante del cuerpo, puede incluso provocar la muerte.

El oxígeno líquido técnico y médico se almacena en recipientes Dewar, fabricados principalmente de acero o aluminio. Se trata de contenedores cilíndricos de doble pared, entre cuyas paredes hay una cavidad de vacío, así como materiales aislantes del calor. Funcionan según el principio de los termos, reteniendo bien los líquidos en su interior.