materjalimaailm.ee - headeri pilt

Veeldatud gaasid

Liquid gases


Koostis / struktuur

Veeldatud gaasid on vedelikud, mis normaaltingimustel [28.01.07] (temperatuur 273.15 K = 0 °C ja rõhk*100 kPa = 0,986923 atm IUPAC kehtivas määratluses) on gaasilises olekus.

* Vajadusel on Internetis vaba ligipääsuga konverterite abil temperatuuri- või  rõhuühikuid [28.01.07] lihtne teisendada.

Omadused 273,15

Olulisemate veeldatud gaaside karakteristikud (rõhul 101,3 kPa keemistemperatuuril)

Aine Keemistemperatuur Aurustumissoojus

kJ/kg

Tihedus

kg/m3

K °C
Heelium (He) 4.22 -268,9 20.3 125
Vesinik (H2) 20,4 -252.8 454 71
Lämmastik (N2) 77,3 -195.9 198 809
Hapnik (O2) 90,2 -183 213 1141
Metaan (CH4) 121,6 -161.6 510 423

Vedela heeliumi jahutamisel alla 2.1768 K (lambda-punkt) muutub vedelik ülivoolavaks (kaob viskoossus). See nähtus on nn Bose-Einsteini kondensatsiooni (BEK) üks ilminguid (BEK avalduseks on ka ülijuhtivus).

Vedel hapnik on üks tugevamaid paramagneetikuid, tema magnetiline vastuvõtlikkus on 3.47 × 10−3.

Mõningaid gaase ei saa normaalrõhul veeldada. Nt süsinikdioksiid (CO2) eksisteerib normaalrõhul vaid gaasilises või tahkes olekus ja tema veeldamiseks on temperatuuril 20 °C vaja rõhku 5,85 MPa (58 atm).

Saamine

Gaaside veeldamiseks on vajalik alandada nende temperatuuri või/ja suurendada rõhku. Vedelat lämmastikku, hapnikku ja argooni saadakse õhu veeldamisel Linde meetodil temperatuuri alanemise tõttu kokkusurutud õhu vabal paisumisel (Joule-Thomsoni efekt). Vedelgaase hoitakse termostes, mille seinte vahele on soojusjuhtivuse vähendamiseks tekitatud vaakum (Dewari anum).

Rakendused

Veeldatud gaasid on kasutusel efektiivsete jahutusagentidena (lämmastik, ülimadalate temperatuuride saamiseks heelium), kuna nende aurustumine neelab soojust. Vedelhapnik on efektiivne oksüdeerija, ta on kasutusel raketikütuse komponendina, sh koos veeldatud vesinikuga. Vesiniku veeldamine on üks võimalusi tema efektiivseks kasutamiseks vesinikuenergeetikas (mahulised kaalutlused). Laialdaselt kütteks kasutatavat propaani (C3H8) turustatakse mahulistel kaalutlustel balloonides rõhu all vedelas olekus (temperatuuril 20 °C veeldub propaan rõhul 0,87 MPa =  8,59 atm). Vedelat süsinikdioksiidi kasutatakse ülikergete aerogeelide saamisel ülekriitiliseks* kuivatamiseks.

* st rõhkudel-temperatuuridel, kus puudub tiheduste erinevus gaasi ja vedelfaasi vahel ja seega nende lahutuspinnaga seotud pindenergia ja pindpinevusjõud, mis purustavad hapra geelmaterjali poore.


Vasakul: vedelgaasi (35% propaan, 65% butaan) balloon põletiga.

Keskel: Dewari anum vedela lämmastiku hoidmiseks (6 l).

Paremal: heelium-lämmastikkrüostaat optilisteks mõõtmisteks temperatuuridel 2 … 300 K

TÜ Füüsika Instituudis Tartus.

Demod, katsed



D94.1. Vedel lämmastik keeb plasttopsis.


D94.2. Õhust kondenseerub vedelhapnik.


Vasakul pildil olevas vaskkulbis keeb vedel lämmastik, kulbi küljest tilgub aga selle välispinnale kondenseerunud vedelhapnik.


Vedel lämmastik keeb vaskkulbis.


Hapnik kondenseerub kulbi välisküljelt.


D4.3. Magnet tõmbab ligi vedelhapniku tilgakese. Alumiiniumkettakesele langevad vedela hapniku kui väga tugeva paramagneetiku tilgakesed tõmmatakse kiiresti ketta tsentrisse – sinna on ketta all paigutatud tugevad neodüümmagnetid.

D38.1. Ülijuhi levitatsioon magnetväljas

Viited:

  1. Physical properties of gases … [28.01.07]
  2. Helium. Wikipedia [28.01.07]
  3. Liquid oxygen. Wikipedia [28.01.07]

Koostas: JK