نیتروژن مایع چیست؟ + حقایق، ایمنی و کاربردها

نیتروژن مایع، شکلی از عنصر نیتروژن است که در دمای بسیار پایین به حالت مایع درمی آید و به دلیل خواص منحصر به فردش، کاربردهای گسترده ای در زمینه های مختلف علمی، صنعتی و حتی آشپزی دارد. این ماده به دلیل دمای فوق العاده پایین خود (منفی ۱۹۵٫۸ درجه سانتی گراد) قادر است به سرعت هر چیزی را منجمد کند و از همین رو، همیشه نیاز به رعایت نکات ایمنی دقیق در هنگام کار با آن وجود دارد. در این مطلب، به بررسی حقایق جالب، نکات ایمنی و کاربردهای متنوع نیتروژن مایع می پردازیم تا با این ماده شگفت انگیز بیشتر آشنا شوید.

حقایق جالب درباره نیتروژن مایع

نیتروژن مایع، شکل مایع عنصر نیتروژن است که به صورت تجاری از طریق تقطیر جزء به جزء هوای مایع تولید می شود. این ماده از دو اتم نیتروژن تشکیل شده که با پیوند کووالانسی به هم متصل هستند (N2) و به دلیل دمای بسیار پایین خود، کاربردهای گسترده ای در زمینه های مختلف دارد. در ادامه به برخی از حقایق جالب درباره نیتروژن مایع اشاره می کنیم:

• نیتروژن مایع در فشار معمولی در دمای ۷۷ کلوین (منفی ۱۹۵٫۸ درجه سانتی گراد یا منفی ۳۲۰٫۴ درجه فارنهایت) به جوش می آید.
• این ماده به دلیل نسبت انبساط مایع به گاز ۱ به ۶۹۴، به سرعت به گاز تبدیل می شود و حجم زیادی را پر می کند.
• نیتروژن مایع بی رنگ، بی بو و غیرسمی است و به دلیل خواص غیرفعال شیمیایی خود، قابل اشتعال نیست.
• اولین بار در ۱۵ آوریل ۱۸۸۳، دو فیزیکدان لهستانی به نام های زیگمونت وروبلوسکی و کارول اولشفسکی موفق به مایع کردن نیتروژن شدند.
• نیتروژن مایع در ظروف عایق بندی شده خاصی نگهداری می شود که برای جلوگیری از افزایش فشار، مجهز به سیستم تهویه هستند. بسته به طراحی این ظروف، نیتروژن مایع می تواند از چند ساعت تا چند هفته ذخیره شود.
• این ماده اثر لیدنفراست را نشان می دهد، به این معنی که به سرعت می جوشد و لایه ای عایق از گاز نیتروژن اطراف سطوح ایجاد می کند. به همین دلیل، قطرات ریخته شده نیتروژن مایع روی سطوح به سرعت حرکت می کنند.

نکات ایمنی در کار با نیتروژن مایع

کار با نیتروژن مایع به دلیل دمای بسیار پایین و خواص فیزیکی خاص آن، نیازمند رعایت دقیق نکات ایمنی است. عدم توجه به این موارد می تواند منجر به آسیب های جدی مانند سوختگی سرما، خفگی یا حتی انفجار شود. در ادامه به برخی از مهم ترین نکات ایمنی در کار با نیتروژن مایع اشاره می شود:

• نیتروژن مایع به قدری سرد است که می تواند در صورت تماس با بافت های زنده، باعث سوختگی شدید سرما شود. بنابراین، هنگام کار با آن باید از تجهیزات ایمنی مناسب مانند دستکش های مخصوص، عینک محافظ و لباس های عایق استفاده کرد.
• نوشیدن نیتروژن مایع می تواند کشنده باشد. این ماده نه تنها بافت ها را منجمد می کند، بلکه به دلیل انبساط سریع از حالت مایع به گاز، می تواند باعث پارگی دستگاه گوارش شود.
• به دلیل جوشش سریع نیتروژن مایع، تغییر فاز آن از مایع به گاز می تواند فشار زیادی ایجاد کند. هرگز نباید این ماده را در ظروف دربسته نگهداری کرد، زیرا ممکن است منجر به انفجار شود.
• افزودن مقدار زیادی نیتروژن به هوا، میزان اکسیژن موجود را کاهش می دهد و خطر خفگی را به همراه دارد. از آنجا که گاز نیتروژن سرد سنگین تر از هوا است، این خطر در نزدیکی زمین بیشتر است. بنابراین، کار با نیتروژن مایع باید در محیط های دارای تهویه مناسب انجام شود.
• ظروف نگهداری نیتروژن مایع ممکن است اکسیژن متراکم شده از هوا را در خود جمع کنند. با تبخیر نیتروژن، خطر اکسیداسیون شدید مواد آلی وجود دارد که می تواند خطرناک باشد.

کاربردهای متنوع نیتروژن مایع

نیتروژن مایع به دلیل دمای بسیار پایین و خواص غیرفعال شیمیایی خود، کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف دارد. از صنایع غذایی و پزشکی تا فناوری های پیشرفته، این ماده به عنوان یک ابزار قدرتمند و کاربردی شناخته می شود. در ادامه به برخی از مهم ترین کاربردهای نیتروژن مایع اشاره می شود:

• صنایع غذایی: از نیتروژن مایع برای انجماد سریع و انتقال مواد غذایی استفاده می شود. این روش به حفظ تازگی و کیفیت محصولات کمک می کند.
• ذخیره سازی نمونه های زیستی: در پزشکی و زیست فناوری، از نیتروژن مایع برای نگهداری طولانی مدت نمونه هایی مانند اسپرم، تخمک و نمونه های ژنتیکی حیوانات استفاده می شود.
• خنک کننده تجهیزات: این ماده به عنوان خنک کننده در ابررساناها، پمپ های خلأ و سایر تجهیزات صنعتی و آزمایشگاهی کاربرد دارد.
• کرایوتراپی: در پزشکی، از نیتروژن مایع برای انجماد و حذف ضایعات پوستی مانند زگیل و سلول های سرطانی استفاده می شود.
• محافظت از مواد در برابر اکسیژن: در برخی فرآیندهای صنعتی، از نیتروژن مایع برای ایجاد محیطی عاری از اکسیژن و جلوگیری از اکسیداسیون مواد استفاده می شود.
• تعمیرات لوله ها: از این ماده برای انجماد سریع آب یا لوله ها استفاده می شود تا در مواقعی که شیرهای قطع جریان در دسترس نیستند، امکان تعمیر فراهم شود.
• تولید گاز نیتروژن خشک: نیتروژن مایع به عنوان منبعی برای تولید گاز نیتروژن بسیار خشک استفاده می شود که در صنایع مختلف کاربرد دارد.
• علف چرانی دام ها: در برخی موارد، از نیتروژن مایع برای علامت گذاری دام ها استفاده می شود.
• آشپزی مولکولی: در آشپزی مدرن، از نیتروژن مایع برای تهیه غذاها و نوشیدنی های غیرمعمول و جذاب استفاده می شود.
• پروژه های علمی: از ساخت بستنی با نیتروژن مایع تا ایجاد مه نیتروژنی و انجماد سریع گل ها، این ماده در پروژه های علمی و نمایش های جذاب کاربرد دارد.