3. Зріджування газів

Перші успішні досліди перетворення газів в рідкий стан провів англійський фізик Майкл Фарадей (1791 - 1867). Умови для скраплення газів визначили (незалежно один від одного) Д. І. Менделєєв і Т. Ендрюс. Повітря було вперше перетворено в рідкий стан Карлом Лінде (1842 - 1934). За допомогою рідкого повітря Дж. Дьюара вдалося в 1898 році звернути в рідкий стан водень, а в 1908 р Г. Камерлінг-Оннес за допомогою водню скраплений гелій.

Гази відрізняються від рідких тел відстанню між молекулами. Здавалося б тому, що для скраплення газу досить зблизити його молекули, т. Е. Сильно здавити газ. Однак виявилося, що це не так і що для перетворення газу в рідкий стан повинна бути шляхом охолодження газу знижена рушійна (кінетична) енергія молекул.

Досвід показав, що для кожного газу існує своя певна максимальна температура, при якій можна перетворити газ в рідину за допомогою тиску. При температурі вищій, ніж ця температура, газ залишається речовиною газоподібним і ні при якому тиску не перетворюється в рідину. Ця температура називається критичною температурою газу, а тиск, яким при критичній температурі можна газ перетворити в рідину, критичним тиском. Обидва значення дуже важливі для будь-якого газу. Так напр., У вуглекислого газу (СО2) критична температура 31,1 ° С, а критичний тиск його - 73 ат. Це означає, що при 31,1 ° С вуглекислий газ можна перетворити в рідке тіло тиском в 73 ат, тоді як при температурі вище 31,1 ° С простим стисненням вуглекислий газ не можна перетворити в рідину.

Таблиця 6

Фізичні константи газів

Назва газуЩільність (повітря = 1)Вага 1 літра в г при 0 ° С і 760 мм1 кг газу = літрам газуУд.вага рідкого газу при темпер.15 ° С вода = 1 (4 °)Тиск пару рідкого газу при 150 атмТочка кипіння ° СТочка плавлення ° СКритич.температура ° СКритич.тиск атм

Азот 0,9701 1,2542 789 0,7914 (-196 °) - 196 ° -211 ° -147 ° 34 Аміак 0,5895 0,7621 1 312 0,6138 7,14 -38,5 ° -75 ° -132 ° 112 Аргон 1,379 1,782 561 1,212 (-186 °) - -186 ° -190 ° -121 ° 51 Ацетилен 0,8988 1,620 617 0,420 (10 °) 37,9 -84 ° -81 ° 37 ° 68 Водень 0,0697 0,0900 11 106 0,0763 (-253 °) - -259 ° -253 ° -239 ° 12 Гелій 0,1382 0,1787 5 596 0,122 (-269 °) - -269 ° -272 ° - 268 ° 2 Двоокис азоту 3,1812 4,1126 243 1,451 0,76 26 ° 11 ° 171 ° 100 Двоокис сірки 2,2131 2,8611 350 1,3964 2,72 -10 ° -79 ° 157 ° 78 Двоокис вуглецю 1 , 5201 1,9652 509 0,814 52,17 -78 ° -65 ° 31,1 ° 73 Закис азоту 1,5229 1,9688 508 0,800 49,77 -90 ° -115 ° 36 ° 75 Кисень 1,1055 1,4292 700 0,106 (-183 °) - -183 ° -218 ° -119 ° 51 Криптон 2,868 3,654 274 2,16 (-152 °) - -152 ° -169 ° -63 ° 54 Ксенон 4,49 5,717 175 3,52 (107 °) - -107 ° -140 ° 15 ° 57 Метан 0,5539 0,716 0 1 396 0,466 (-160 °) - -160 ° -184 ° -96 ° 50 Метиламін 1,0737 1,388 720 0,699 (-11 °) - -6 ° - 155 ° 72 Неон 0,695 0,9004 1 111 0,456 (- 233 °) - -233 ° -253 ° -228 ° 27 Окис вуглецю 0,9673 1,2506 800 0,7676 (-184 °) - -190 ° -207 ° -140 ° 36 Фосген 3,4168 4,4172 227 1,392 1,35 8,2 ° -118 ° - - Хлор 2,4494 3,1666 316 1,4273 5,75 -33,6 ° -102 ° 146 ° 94 Хлористий метил 1,7438 2,2543 443 0,917 (17 °) 4,10 -24 ° -104 ° 142 ° 73 Хлористий етил 2,2280 2,8804 347 0,921 (0 °) 1,09 12,5 ° -143 ° 182 ° 54 етиламін 1,558 2,0141 497 0,689 0, 9 18 ° -85 ° 177 ° 66 етилен 0,9684 1,252 798 0,310 (6 °) 46 (6 °) -103 ° -169 ° 10 ° 51 Етан 1,038 1,3421 746 0,466 32,3 -84 ° -171 ° 35 ° 45

Вуглекислий газ досить легко перетворюється в рідину, тому що його критична температура порівняно висока. Ще легше можна перетворити в рідину аміак (NH3) -132,4 ° С, 112 ат), сірчистий ангідрид (SO2) -157,7 ° С, 77,7 ат) або хлор (146 ° С, 94 ат). Великі труднощі виявилися у азоту (-147,1 ° С, 33,5 ат), кисню (-119 ° С, 50 ат) і водню (-239 ° С, 12,8 ат). За допомогою рідкого водню вдалося перетворити в рідкий стан і гелій (-267,9 ° С, 2,26 ат), критична температура якого наближається до абсолютної нульовій точці 0 ° К.

Абсолютний нуль (точно - 273,16 ° С = 0 ° К) - це нижня межа температури. При цій температурі, згідно кінетичної теорії, все молекули перебувають у спокої. Аналогічний верхня межа температури мабуть не існує. На зірках були спектроскопічно виявлені температури у багато мільйонів градусів. Однак поки нам вдалося досягти максимальної температури близько 5000 ° С.

Зріджування газів є в даний час важливою галуззю хімічної промисловості. Так напр., Зріджується повітря, і з нього за допомогою фракционированной дистиляції виходить кисень, азот і рідкісні гази. Зріджується хлор і в рідкому вигляді транспортується в сталевих балонах на вибільних заводи. Рідкі сірчистий ангідрит, аміак і інші рідкі гази застосовуються в холодильних установках. Їх дія полягає в тому, що сильно стислому компресором і охолодженого газу представляється можливість відразу розширитися (в просторі, з якого компресором відсмоктується повітря через так зв. Редукційний клапан); в результаті цього газ так сильно охолоджується, що перетворюється в рідину (явище Джоуля-Томсона). Випаровуванням рідкого газу охолоджується розсіл (міцний сольовий розчин), який потім розподіляється по приміщеннях, призначеним для охолодження.

Технічно важливі гази транспортуються в сталевих балонах, які згідно з нормами повинні бути зроблені з хорошої сталі методом Маннесман (як безшовні труби). У них можна транспортувати: стислі гази (до 150 ат), а саме кисень, водень, азот, окис вуглецю, метан, водяна газ, світильний газ і повітря, а також рідкі гази (їх критична температура така висока, що і при відносно високому тиску вони залишаються рідкими), а саме сірчистий ангідрид, закис азоту, вуглекислий газ, хлор, фосген, аміак, масляний газ, і гази розчинені, як ацетилен.

Нові сталеві балони не можна наповнювати, поки вони ретельно не перевірені, особливо на тиск. Перевірка на тиск виробляється періодично (ацетиленові балони перевіряються стисненим азотом, інші - гідравлічним тиском) і на кожному балоні відзначається міткою. Всі балони необхідно відзначити кольоровою смугою (кисень - синьою, водень - кольору червоної кіноварі, азот - зеленої, аміак - фіолетовою, вуглекислий газ - червоною, ацетилен - білої, хлор - жовтою, повітря - срібно-алюмінієвим покриттям і т. Д.) . Кольорові смуги повинні бути шириною в 10 см і перебувати під верхньою закругленою крайкою балона. Балони закриті затворів клапанами, які вживають запобіжних засобів металевими ковпачками. Нарізки затворів клапанів для горючих газів нарізаються лівою різьбою, для газів негорючих - правою. До головного клапану приєднується пристрій з редуктором, на якому знаходяться два манометра. Один показує тиск в балоні, інший - тиск випускається газу.

Сталеві балони необхідно оберігати від ударів (при транспортуванні) і не можна піддавати дії високої температури (залишати на сонці або поблизу від опалювальної установки або печі). У кисневих балонів нарізки потрібно змащувати мастилом, а гліцерином.