El oxígeno líquido (LC, zhO 2 , LOX [1] ) es un líquido azul pálido que pertenece a los paramagnetos fuertes . Es uno de los cuatro estados agregados del oxígeno . El oxígeno líquido tiene una densidad de 1,141 g/cm³ (en su punto de ebullición) y es moderadamente criogénico con un punto de congelación de 50,5 K (−222,65 °C) y un punto de ebullición de 90,188 K (−182,96 °C).
El oxígeno líquido se usa activamente en las industrias espacial y de gas , en la operación de submarinos y se usa ampliamente en medicina . Normalmente, la producción industrial se basa en la destilación fraccionada del aire . La relación de expansión del oxígeno cuando se cambia de un estado líquido de agregación a un estado gaseoso es de 860:1 a 20 ° C, que a veces se usa en sistemas de suministro de oxígeno para respirar en aviones comerciales y militares : el oxígeno se almacena en estado líquido en un pequeño volumen y, cuando es necesario, se evapora para formar un gran volumen de oxígeno gaseoso.
La fuente principal y prácticamente inagotable de oxígeno líquido es el aire atmosférico: el aire se licua y luego se separa en oxígeno y nitrógeno .
Debido a su temperatura muy baja, el oxígeno líquido puede causar fragilidad en los materiales que entran en contacto con él.
La densidad del oxígeno líquido aumenta significativamente al disminuir la temperatura, desde 1140 kg/m % más oxígeno líquido superenfriado que hirviendo. Esto se utilizó por primera vez en los misiles balísticos soviéticos R-9.
Para explicar la desviación de las propiedades paramagnéticas del oxígeno líquido de la ley de Curie, el químico físico estadounidense G. Lewis en 1924 propuso una molécula de tetraoxígeno (O 4 ). [2] Hasta la fecha, la teoría de Lewis se considera solo parcialmente correcta: las simulaciones por computadora muestran que aunque las moléculas de O 4 estables no se forman en el oxígeno líquido [3] , las moléculas de O 2 en realidad tienden a emparejarse con espines opuestos , que forman asociaciones temporales de O 2 —O 2 [3] .
El oxígeno líquido es también un agente oxidante muy potente : la materia orgánica se quema rápidamente en su entorno con la liberación de una gran cantidad de calor . Además, algunas de estas sustancias, cuando se saturan con oxígeno líquido, tienden a explotar de forma impredecible. Este suele ser el comportamiento de los productos derivados del petróleo , incluido el asfalto .
El oxígeno líquido es un componente oxidante ampliamente utilizado en los combustibles para cohetes , generalmente combinado con queroseno . El uso de oxígeno se debe al alto impulso específico que se obtiene cuando se utiliza este oxidante en motores de cohetes . El oxígeno es el componente propulsor más barato utilizado. El primer uso tuvo lugar en el V-2 BR alemán, más tarde en el vehículo de lanzamiento American Redstone BR y Atlas , así como en el misil balístico intercontinental R-7 soviético . El oxígeno líquido se usó ampliamente en los primeros misiles balísticos intercontinentales, pero los modelos posteriores de estos misiles no lo usaron debido a la temperatura muy baja y la necesidad de reabastecimiento de combustible regular para compensar la ebullición del oxidante, lo que dificulta el lanzamiento rápido. Muchos LRE modernos usan LC como oxidante, como RD-180 , RS-25 .
El oxígeno líquido también se utilizó activamente en la fabricación de explosivos " Oxyliquite " , que son materiales orgánicos porosos impregnados con oxígeno líquido. Sin embargo, ahora rara vez se usa debido a la inestabilidad de las propiedades y una gran cantidad de incidentes y accidentes.
Como materiales de juntas de estanqueidad en sistemas con oxígeno líquido se utilizan materiales que no pierden elasticidad a bajas temperaturas: paronita , fluoroplásticos , cobre recocido y aluminio.
El almacenamiento y transporte de grandes cantidades de oxígeno líquido se realiza en tanques de acero inoxidable con un volumen de varias decenas a 1500 m³, equipados con aislamiento térmico, así como en recipientes Dewar . La carcasa protectora exterior del aislamiento térmico también puede estar hecha de acero al carbono. Los depósitos de los tanques de transporte también están hechos de aleación AMts. El uso de aislamiento térmico de polvo de vacío o de pantalla de vacío permite reducir la pérdida diaria de oxígeno en ebullición a un nivel de 0,1 a 0,5% (dependiendo del tamaño del contenedor) y la tasa de aumento en la temperatura sobreenfriada a 0,4–0,5 K por día.
El transporte de oxígeno en ebullición se realiza con una válvula de descarga de gas abierta, y el oxígeno sobreenfriado se realiza con una válvula cerrada, con control de presión al menos 2 veces al día; cuando la presión aumenta más de 0,02 MPa (g), la válvula se abre.
El nitrógeno líquido tiene un punto de ebullición más bajo de 77 K (−196 °C) y los dispositivos que contienen nitrógeno líquido pueden condensar el oxígeno del aire: cuando la mayor parte del nitrógeno se evapora de dicho dispositivo, existe el riesgo de que el residuo de oxígeno líquido se evapore. reaccionar fuertemente con materiales orgánicos. Por otro lado, el nitrógeno líquido o el aire líquido pueden saturarse con oxígeno líquido si se dejan al aire libre; el oxígeno atmosférico se disolverá en él, mientras que el nitrógeno se evaporará más rápido.