أهم استخدامات النيتروجين السائل في جميع المجالات
يتم استخدام النيتروجين السائل، ويعرف باسم النيتروجين المسال، حيث تكون درجة غليانه (-196 درجة مئوية). ويتم استخدام النيتروجين السائل في كثير من المجالات، مثل تبريد أجهزة الكمبيوتر، وفي الطب لإزالة الجلد غير المرغوب فيه وعلاج الثآليل، وفي علم التبريد يدرس العلماء التأثير العلمي لدرجات الحرارة شديدة البرودة على المواد
استخدام النيتروجين السائل في المجال الطبي
- يتم استخدام النيتروجين السائل في الجراحة البردية لإزالة بعض أنواع السرطانات والآفات الجلدية.
- يتم استخدام النيتروجين السائل في تخزين الأنسجة والخلايا والدم في درجات حرارة شديدة البرودة، وذلك لتجنب أكسدة العينات وحفظ العينات البيولوجية مثل الحيوانات المنوية والبويضات والعينات الوراثية الحيوانية
- يتم استخدام النيتروجين السائل كجزء من خليط الغازات الطبية في اختبارات وظائف الرئة.
- يدخل النيتروجين الطبي في صناعة الأدوية.
- يتم استخدام النيتروجين السائل كغاز لتشغيل الأدوات في الأماكن التي لا يوجد فيها هواء للأجهزة.
- النيتروجين السائل درجة حرارته تكون شديدة البرودة ويقوم بتجميد الأنسجة عند التلامس لذلك يمكن استخدامه في غرفة العمليات لخلع الثآليل أو لتجميد عينات الأنسجة ولكنه عادة لا يكون في غرفة العمليات بل يأتي عند الحاجة من غرفة العمليا ليدخل بالإضافة إلى أنه يأتي في زجاجات معزولة مضغوطة لذلك لا يتبخر.
استخدام النيتروجين السائل في مجال الصناعة
- يتم استخدام النيتروجين السائل الصناعي في تحسينات صناعة الغاز الصناعي وتصنيع المعادن وصناعة المطاط والبلاستيك وصناعة السيارات والإلكترونيات ومواد البناء
- يستخدم النيتروجين السائل كمادة تبريد للموصلات الفائقة ومضخات التفريغ والمواد والمعدات الأخرى، كما يحمي المواد من التلف الناجم عن تعرضها للأكسجين.
- يتم استخدام النيتروجين السائل في عملية التجميد السريع للمياه والأنابيب، لتمكين العمل عليها عند عدم توفر الصمامات.
- يستخدم النيتروجين في الصناعة الكهربائية لمنع الأكسدة والتفاعلات الكيميائية الأخرى، وضغط غطاء الكابلات، وحماية المحركات.
استخدام النيتروجين السائل في الأطعمة
النيتروجين يستخدم في الأطعمة والمشروبات لأنه يجمد الأطعمة والمشروبات بشكل سريع، وأصبح استخدامه في المطاعم الكبرى شائعا جدا، ويستخدم أيضا في تقديم الطعام لأنه عند تعرضه للهواء ينشيء سحابة من البخار مما يجعل شكله مميزا، كما يستخدم في صنع آيس كريم النيتروجين السائل وعمل الزهور المتجمدة بسرعة
نسبة النيتروجين في الهواء
تبلغ نسبة النيتروجين في الهواء الذي نتنفسه 78 في المائة، بينما تبلغ نسبة الأكسجين 21 في المائة، ويفسر العلماء وجود النيتروجين بأنه كان جزءًا من الركام البدائي الذي شكل الأرض عندما تصادمت الصخور والمواد الأخرى واندمجت معًا، وكان محتواها من النيتروجين يتسرب حتى وصل إلى القشرة المنصهرة على الكوكب.
تتمثل عملية تثبيت النيتروجين في استخدام مركبات أكثر تفاعلا مثل الأمونيا أو أكاسيد النيتروجين، ولا يمكن استخدام النيتروجين إلا بواسطة الكائنات الحية، ويتم تثبيت النيتروجين عن طريق البكتيريا والطحالب والنشاط البشري، وعندما تستخدم الكائنات الحية النيتروجين، تتحلل بعض مركباته وتعود إلى الغلاف الجوي كغاز النيتروجين، وبفضل عمليات إعادة التعبئة من الانفجارات البركانية، يتم حفظ “دورة النيتروجين” على المستوى الثابت لمدة تزيد عن 100 مليون سنة
غاز النيتروجين للتبريد
يستخدم النيتروجين السائل وغاز النيتروجين في العديد من المجالات في صناعة أنظمة التبريد، ويواجه المصممون العديد من المخاطر والتحديات في الحصول على النيتروجين السائل، ولكن إذا كان المصمم على دراية بهذه المخاطر، فيمكنه تجنبها أو التقليل من النتائج السلبية، وهناك العديد من الطرق المختلفة لتبريد باستخدام النيتروجين السائل
يقوم نظام التبريد بتوصيل النيتروجين السائل من خزان تخزين كبير إلى النقطة مكان التبريد يؤثر النيتروجين السائل أو ثاني أكسيد الكربون الصلب (الثلج الجاف) على العمل المطلوب تبريده إنه يتبخر و يتصاعد عند وصوله وذلك عن طريق امتصاص الحرارة من محيطه ومن المكان المراد تبريده وبالتالي يتم خفض درجة حرارة مكان العمل، وبالمعنى الأصح أنه يستخدم عملية الحرارة الكامنة لتبخير النيتروجين السائل أو ثاني أكسيد الكربون السائل وهي أكثر عمليات التبريد كفاءة في المبردات.
هناك طريقة أخرى للتبريد وهي عن طريق تزويد موقع العمل ببخار ذو درجة حرارة منخفضة، حيث يتم استخدام الحرارة المعتدلة لنقل الطاقة الحرارية من موقع العمل وخفض درجة حرارته، ولكن هذه العملية أقل فعالية من استخدام حرارة التبخر الكامنة.
يتم استخدام طريقة أخري أيضاً وذلك اعتمادًا على كيفية تطبيق النيتروجين مثل استخدام دوائر التبريد الثانوية والمجمدات الغاطسة، واستخدام LCO2 هو أكثر استخداماً في تبريد الطعام بينما تُستخدم LN2 في تبريد الطعام وفي التطبيقات الصناعية مثل الغرف البيئية والآلات ومعالجة المعادن وتطبيقات الشعاع الجزيئي.
حقائق عن النيتروجين السائل
- النيتروجين السائل هو الشكل السائب لعنصر النيتروجين يتم إنتاجه تجاريًا عن طريق التقطير التجزيئي للهواء السائل، النيتروجين السائل مثل غاز النيتروجين يتكون من ذرتين من النيتروجين تتشاركان في الروابط التساهمية (N2)، يُشار أحيانًا إلى النيتروجين السائل على أنه LN2 أو LN أو LIN.
- عندما يتعرض النيتروجين السائل للضغط العادي، يصل درجة غليانه إلى 77 كلفن (195.8 درجة مئوية أو -320.4 درجة فهرنهايت).
- تصل نسبة تمدد النيتروجين من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية إلى 1 إلى 694، وهذا يعني أن غليان النيتروجين السائل ليملأ حجمًابغاز النيتروجين يحدث بسرعة كبيرة.
- النيتروجين السائل غير قابل للاشتعال، كما أنه عنصر غير نشط ولا يسبب التسمم، وهو خالي من اللون والرائحة.
- يكون غاز النيتروجين أخف قليلاً من الهواء عندما يصل إلى درجة حرارة الغرفة، ولكنه ينحل بصعوبة في الماء.
- تم تصنيع النيتروجين السائل لأول مرة في 15 أبريل 1883 على يد الفيزيائيين البولنديين “زيجمونت روبليوسكي” و”كارول أولزيفسكي.
- يتم تخزين النيتروجين السائل في حاويات خاصة معزولة، وتتم ملؤها بطريقة تمنع الضغط، ويمكن تخزين النيتروجين السائل لساعات أو حتى بضعة أسابيع.
- يتميز بأنه يغلي LN2 بسرعة كبيرة، مما يؤدي إلى إحاطة السطح بطبقة من غاز النيتروجين التي تكون عازلة، وهذا هو سبب انسكاب قطرات النيتروجين على الأرض.
احتياطات السلامة عند العمل بالنيتروجين السائل
عند العمل بالنيتروجين السائل فإن اتخاذ احتياطات السلامة أمر بالغ الأهمية:
- النيتروجين السائل بارد بدرجة حراراة لا تقل عن (-196 درجة مئوية) لذلك يمكن أن يحدث عضة صقيع شديدة عند ملامسة النيتروجين السائل أي أنسجة حية، عند التعامل مع النيتروجين السائل لمنع ملامسة أو استنشاق البخار شديد البرودة يجب ارتداء معدات السلامة المناسبة قم بتغطية الجلد وعزله لتجنب التعرض.
- نظرًا لأن النيتروجين السائليتبخر بسرعة كبيرة، فإن انتقاله من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية يمكن أن يولد ضغطاً كبيراً بشكل سريع، لذلك يجب تجنب وضع النيتروجين السائل في حاوية مغلقة، لأن ذلك يمكن أن يؤدي إلى انفجار الحاوية.
- عند إضافة كميات كبيرة من النيتروجين السائل إلى غرفة مغلقة، يؤدي ذلك إلى تقليل نسبة الأكسجين، مما يزيد من خطر الإصابة بالاختناق، وذلك لأن غاز النيتروجين السائل البارد أثقل بكثير من الهواء، لذا يتعين استخدام النيتروجين السائل في منطقة جيدة التهوية للحد من هذا الخطر.
- يؤدي تراكم حاويات من النيتروجين السائل إلى تكثف الأكسجين من الهواء، وتبخر النيتروجين في الهواء، ويتسبب ذلك في خطر على المواد العضوية، لأنها يمكن أن تتأكسد.