Жидкий кислород - Liquid oxygen

Жидкий кислород (бледно-голубая жидкость) в химическом стакане.

Когда жидкий кислород переливается из стакана в сильный магнит, кислород временно приостанавливается между полюсами магнита из-за его парамагнетизма.

Жидкий кислород- сокращенно LOx, LOX или же Lox в аэрокосмический, подводная лодка и газ промышленности - жидкая форма молекулярный кислород. Он использовался как окислитель в первой ракете на жидком топливе, изобретенной в 1926 г. Роберт Х. Годдард,^[1] приложение, которое продолжается до настоящего времени.

Физические свойства

Жидкий кислород имеет бледно-голубой цвет и сильно парамагнитный: его можно подвесить между полюсами мощного + U- магнит (подкова).^[2] Жидкий кислород имеет плотность 1,141 г / см.³ (1,141 кг / л или 1141 кг / м³), немного плотнее жидкой воды, и криогенный с температурой замерзания 54,36 K (-218,79 ° C; -361,82 ° F) и температурой кипения 90,19 K (-182,96 ° C; -297,33 ° F) при 101,325 кПа (760 мм рт. Жидкий кислород имеет степень расширения из 1: 861 меньше 1 стандартная атмосфера (100 кПа ) и 20 ° C (68 ° F),^[3]^[4] и по этой причине он используется в некоторых коммерческих и военных самолетах в качестве переносного источника кислорода для дыхания.

Из-за своей криогенной природы жидкий кислород может сделать материалы, которых он касается, чрезвычайно хрупкими. Жидкий кислород также является очень мощным окислителем: органические материалы будут гореть быстро и энергично в жидком кислороде. Далее, если пропитанный жидким кислородом, некоторые материалы, такие как угольные брикеты, черный карбон и т. д., могут непредсказуемо взорваться от источников возгорания, таких как пламя, искры или удары от легких ударов. Нефтехимия, включая асфальт, часто проявляют такое поведение.^[5]

В тетракислород молекула (O₄) был впервые предсказан в 1924 г. Гилберт Н. Льюис, который предложил это, чтобы объяснить, почему жидкий кислород не поддается Закон Кюри.^[6] Современное компьютерное моделирование показывает, что, хотя стабильных O₄ молекул в жидком кислороде, O₂ молекулы имеют тенденцию объединяться в пары с антипараллельными спины, образуя переходный O₄ единицы.^[7]

Жидкий азот имеет более низкую точку кипения при -196 ° C (77 K), чем у кислорода -183 ° C (90 K), а сосуды, содержащие жидкий азот, могут конденсировать кислород из воздуха: когда большая часть азота испарилась из такого сосуда, происходит риск того, что оставшийся жидкий кислород может бурно вступить в реакцию с органическими материалами. И наоборот, жидкий азот или жидкий воздух можно обогатить кислородом, оставив на открытом воздухе; в нем растворяется атмосферный кислород, а азот преимущественно испаряется.

Поверхностное натяжение жидкого кислорода при его температуре кипения при нормальном давлении составляет 13,2 дин / см.^[8]

Использует

А ВВС США техник переносит жидкий кислород в Lockheed Martin C-130J Super Hercules самолет на Аэродром Баграм, Афганистан. Военно-воздушные силы США выпускают более 4000 галлонов (15000 л) жидкого кислорода в месяц, чтобы помочь экипажам дышать на большой высоте только на этой авиабазе.^[9]

В торговле жидкий кислород классифицируется как промышленный газ и широко используется в промышленных и медицинских целях. Жидкий кислород получают из кислород естественно находится в воздуха к фракционная перегонка в криогенная установка разделения воздуха.

Военно-воздушные силы давно осознали стратегическую важность жидкого кислорода как окислителя и источника газообразного кислорода для дыхания в больницах и полетов на больших высотах. В 1985 году ВВС США начали программу строительства собственных кислородных установок на всех основных базах потребления.^[10]^[11]

В ракетном топливе

Жидкий кислород - самый распространенный криогенный жидкость окислитель пропеллент для ракета космического корабля приложения, обычно в сочетании с жидкий водород, керосин или же метан.^[12]^[13]

Жидкий кислород использовался в первая ракета на жидком топливе. В Вторая Мировая Война V-2 в ракете также использовался жидкий кислород под названием А-Стофф и Sauerstoff. В 1950-е годы во время Холодная война как Соединенные Штаты ' Редстоун и Атлас ракеты и Советский Р-7 Семёрка использовали жидкий кислород. Позже, в 1960-х и 1970-х годах, этапы восхождения Ракеты Аполлон Сатурн, а Главные двигатели космического корабля использовали жидкий кислород.

В 2020 году многие ракеты используют жидкий кислород:

Китайская космическая программа: Длинный марш 5, и его производные Длинный марш 6, 7 марта
Индийская организация космических исследований: GSLV
JAXA (Япония): H-IIA и H3 (в разработке)
Роскосмос (Россия): Союз-2 и Ангара (в разработке)
ЕКА (Европа ): Ариана 5 и Ариана 6 (в разработке)
Соединенные Штаты
- SpaceX: Сокол 9, Falcon Heavy и Звездолет (в разработке) (жидкий кислород охлажден до ~ 66 K (-207,2 ° C; -340,9 ° F), на 10% плотнее, чем при температуре кипения)
- United Launch Alliance: Атлас V, Дельта IV, Дельта IV Тяжелый, Вулкан (в разработке)
- Northrop Grumman: Антарес 230+
- Blue Origin: Новый Шепард и New Glenn (в разработке)
- Ракетная лаборатория: Электрон
- Firefly Aerospace: Светлячок Альфа (в разработке)
- Virgin Orbit: LauncherOne (в разработке)

История

К 1845 г. Майкл Фарадей удалось сжижить большинство известных тогда газов. Однако шесть газов сопротивлялись каждой попытке сжижения.^[14] и были известны в то время как «постоянные газы». Они были кислородом, водород, азот, монооксид углерода, метан, и оксид азота.
В 1877 г. Луи Поль Кайлете во Франции и Рауль Пикте в Швейцарии удалось получить первые капли жидкого воздуха.
В 1883 г. польские профессора Зигмунт Врублевски и Кароль Ольшевский произвел первое измеримое количество жидкого кислорода.

Смотрите также

Рекомендации

^ Редакторы, История ком. «Первая ракета на жидком топливе». ИСТОРИЯ. Получено 2019-03-16.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
^ Мур, Джон В .; Станицкий, Конрад Л .; Юрс, Питер К. (21 января 2009 г.). Принципы химии: молекулярная наука. Cengage Learning. С. 297–. ISBN 978-0-495-39079-4. Получено 3 апреля 2011.
^ Криогенная безопасность. chemistry.ohio-state.edu.
^ Характеристики В архиве 2012-02-18 в Wayback Machine. Lindecanada.com. Проверено 22 июля 2012.
^ «Получение, обращение, хранение и утилизация жидкого кислорода». Учебный фильм USAF.
^ Льюис, Гилберт Н. (1924). "Магнетизм кислорода и молекулы O₂". Журнал Американского химического общества. 46 (9): 2027–2032. Дои:10.1021 / ja01674a008.
^ Ода, Тацуки; Альфредо Паскарелло (2004). «Неколлинеарный магнетизм в жидком кислороде: исследование молекулярной динамики из первых принципов» (PDF). Физический обзор B. 70 (134402): 1–19. Bibcode:2004ПхРвБ..70м4402О. Дои:10.1103 / PhysRevB.70.134402.^{[постоянная мертвая ссылка ]}
^ https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110014531.pdf Дж. М. Юрнс, Дж. У. Хартвиг (2011). Жидкий кислород Испытания точки пузырька устройства для сбора жидкости с LOX под высоким давлением при повышенных температурах, стр.4
^ Cryo Techs: Обеспечение дыхания жизни. af.mil (05.09.2014)
^ Арнольд, Марк. 1 США Разработка системы генерации кислорода в армии. РТО-МП-HFM-182. dtic.mil
^ Тиммерхаус, К. Д. (8 марта 2013 г.). Достижения в области криогенной инженерии: материалы конференции по криогенной инженерии 1957 г., Национальное бюро стандартов, Боулдер, Колорадо, 19–21 августа 1957 г.. Springer Science & Business Media. С. 150–. ISBN 978-1-4684-3105-6.
^ Беллуссио, Алехандро Г. (7 марта 2014 г.). «SpaceX продвигает ракету на Марсе с помощью мощности Raptor». NASAspaceflight.com. Получено 13 марта, 2014.
^ Тодд, Дэвид (20 ноября 2012 г.). «Маск делает ставку на многоразовые ракеты, сжигающие метан, как шаг к колонизации Марса». FlightGlobal Hyperbola. Архивировано из оригинал 28 ноября 2012 г.. Получено 22 ноября, 2012. «Мы собираемся производить метан», - объявил Маск, описывая свои планы на будущее относительно многоразовых ракет-носителей, в том числе предназначенных для доставки астронавтов на Марс в течение 15 лет. «Энергетическая стоимость метана самая низкая, и у него есть небольшая величина Isp. Импульс) преимущество над керосином, - сказал Маск, добавив, - и у него нет такого же резкого фактора, как у водорода. Первоначальный план SpaceX будет заключаться в создании ракеты на метане и кислороде для будущей верхней ступени под кодовым названием Raptor. ... Новый двигатель верхней ступени Raptor, вероятно, будет только первым двигателем в серии двигателей lox / methane.
^ Криогеника. Scienceclarified.com. Проверено 22 июля 2012.

[1] Редакторы, История ком. «Первая ракета на жидком топливе». ИСТОРИЯ. Получено 2019-03-16.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)

[2] Мур, Джон В .; Станицкий, Конрад Л .; Юрс, Питер К. (21 января 2009 г.). Принципы химии: молекулярная наука. Cengage Learning. С. 297–. ISBN 978-0-495-39079-4. Получено 3 апреля 2011.

[3] Криогенная безопасность. chemistry.ohio-state.edu.

[4] Характеристики В архиве 2012-02-18 в Wayback Machine. Lindecanada.com. Проверено 22 июля 2012.

[5] «Получение, обращение, хранение и утилизация жидкого кислорода». Учебный фильм USAF.

[6] Льюис, Гилберт Н. (1924). "Магнетизм кислорода и молекулы O₂". Журнал Американского химического общества. 46 (9): 2027–2032. Дои:10.1021 / ja01674a008.

[7] Ода, Тацуки; Альфредо Паскарелло (2004). «Неколлинеарный магнетизм в жидком кислороде: исследование молекулярной динамики из первых принципов» (PDF). Физический обзор B. 70 (134402): 1–19. Bibcode:2004ПхРвБ..70м4402О. Дои:10.1103 / PhysRevB.70.134402.^{[постоянная мертвая ссылка ]}

[8] ttps://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110014531.pdf Дж. М. Юрнс, Дж. У. Хартвиг (2011). Жидкий кислород Испытания точки пузырька устройства для сбора жидкости с LOX под высоким давлением при повышенных температурах, стр.4

[9] Cryo Techs: Обеспечение дыхания жизни. af.mil (05.09.2014)

[10] Арнольд, Марк. 1 США Разработка системы генерации кислорода в армии. РТО-МП-HFM-182. dtic.mil

[11] Тиммерхаус, К. Д. (8 марта 2013 г.). Достижения в области криогенной инженерии: материалы конференции по криогенной инженерии 1957 г., Национальное бюро стандартов, Боулдер, Колорадо, 19–21 августа 1957 г.. Springer Science & Business Media. С. 150–. ISBN 978-1-4684-3105-6.

[nsf20140307-12] Беллуссио, Алехандро Г. (7 марта 2014 г.). «SpaceX продвигает ракету на Марсе с помощью мощности Raptor». NASAspaceflight.com. Получено 13 марта, 2014.

[fg20121120-13] Тодд, Дэвид (20 ноября 2012 г.). «Маск делает ставку на многоразовые ракеты, сжигающие метан, как шаг к колонизации Марса». FlightGlobal Hyperbola. Архивировано из оригинал 28 ноября 2012 г.. Получено 22 ноября, 2012. «Мы собираемся производить метан», - объявил Маск, описывая свои планы на будущее относительно многоразовых ракет-носителей, в том числе предназначенных для доставки астронавтов на Марс в течение 15 лет. «Энергетическая стоимость метана самая низкая, и у него есть небольшая величина Isp. Импульс) преимущество над керосином, - сказал Маск, добавив, - и у него нет такого же резкого фактора, как у водорода. Первоначальный план SpaceX будет заключаться в создании ракеты на метане и кислороде для будущей верхней ступени под кодовым названием Raptor. ... Новый двигатель верхней ступени Raptor, вероятно, будет только первым двигателем в серии двигателей lox / methane.

[14] Криогеника. Scienceclarified.com. Проверено 22 июля 2012.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]