La licuefacción de gases incluye varias etapas necesarias para convertir un gas en estado líquido . Estos procesos se utilizan con fines científicos, industriales y comerciales.
Todos los gases se pueden llevar a un estado líquido por simple enfriamiento a la presión atmosférica normal . Sin embargo, para algunos gases es suficiente un cierto aumento de presión ( dióxido de carbono , butano , propano , amoníaco , cloro ). Otros ( oxígeno , hidrógeno , argón , helio , nitrógeno , etc.) se encuentran en cilindros en estado comprimido. El hecho es que un gas no puede licuarse a una presión arbitrariamente alta si su temperatura está por encima de la llamada temperatura crítica.. Los gases con una temperatura crítica muy por encima de la temperatura ambiente (amoníaco, dióxido de azufre , dióxido de carbono, etc.) fueron los primeros en licuarse, y un aumento de presión fue suficiente.
La ecuación de estado de van der Waals para gases reales muestra que cualquier gas se puede transferir a un estado líquido, pero un requisito previo para esto es el enfriamiento preliminar del gas a una temperatura por debajo de la crítica. ( El dióxido de carbono , por ejemplo, se puede licuar a temperatura ambiente, ya que su temperatura crítica es de 31,1 °C. Lo mismo puede decirse de gases como el amoníaco y el cloro [1] .
La licuefacción se utiliza para estudiar las propiedades fundamentales de las moléculas de gas (por ejemplo, las fuerzas de interacción intermoleculares), para almacenar gases. Los gases se licúan en condensadores especiales, que liberan el calor de vaporización, y se convierten a estado gaseoso en evaporadores, donde se absorbe el calor de vaporización [2] [3]
Todas las sustancias, incluidas aquellas que se encuentran en las "condiciones terrestres normales" en estado gaseoso, pueden estar en tres estados principales : líquido, sólido y gaseoso. Cada una de las sustancias se comporta de acuerdo con su propio diagrama de fase , cuya forma general es similar para todas las sustancias. De acuerdo con este diagrama, para licuar un gas, es necesaria una disminución de la temperatura , o un aumento de la presión , o un cambio en ambos parámetros.
La licuefacción de gases es un proceso complejo que involucra muchas compresiones y expansiones de gas para lograr altas presiones y bajas temperaturas, utilizando, por ejemplo, expansores .
El oxígeno líquido se usa en hospitales para convertirlo a un estado gaseoso para que lo usen los pacientes con problemas respiratorios. El nitrógeno líquido se utiliza en medicina en criocirugía, así como en el campo de la fecundación in vitro para la congelación de espermatozoides.
El cloro se transporta en estado líquido, después de lo cual se utiliza para desinfectar el agua, sanear desechos industriales y aguas residuales, blanquear telas y muchos otros propósitos. El cloro se usó como arma química durante la Primera Guerra Mundial , y la sustancia se encontró en los proyectiles en estado líquido, y cuando se destruyó la contención, el cloro se convirtió en gas.
Por la licuefacción del helio ( 4 He) en el ciclo Hampson-Lind (el ciclo se basa en el efecto Joule-Thomson ), el científico holandés Kamerling-Onnes Heike recibió el Premio Nobel en 1913. A presión atmosférica, el punto de ebullición del helio líquido es de 4,22 K (−268,93 °C). A temperaturas inferiores a 2,17 K , el líquido 4 adquiere superfluidez , por cuyo descubrimiento el científico soviético P. L. Kapitsa recibió el Premio Nobel en 1978. El helio líquido en su estado superfluido adquiere propiedades completamente nuevas, como la viscosidad cero .
La licuefacción del aire se utiliza para producir nitrógeno , oxígeno y argón separando los componentes del aire en un proceso de destilación .
El hidrógeno líquido se utiliza como combustible para cohetes .