Жидкий кислород - сокращенно LOx , LOX или Lox в аэрокосмической , подводной и газовой промышленности - представляет собой жидкую форму молекулярного кислорода . Он был использованкачестве окислителя в первом жидком топливе ракеты изобрели в 1926 году Годдард , [1] приложениекоторое продолжается до настоящего.
Физические свойства [ править ]
Жидкий кислород имеет бледно-голубой цвет и сильно парамагнитен : его можно подвесить между полюсами мощного подковообразного магнита . [2] Жидкий кислород имеет плотность 1,141 г / см 3 (1,141 кг / л или 1141 кг / м 3 ), немного плотнее жидкой воды и является криогенным с температурой замерзания 54,36 K (−218,79 ° C; - 361,82 ° F) и температуре кипения 90,19 К (-182,96 ° C; -297,33 ° F) при 101,325 кПа (760 мм рт. Жидкий кислород имеет степень расширения 1: 861 при давлении 1 стандартная атмосфера (100 кПа ) и температуре 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. Кроме того, если они пропитаны жидким кислородом , некоторые материалы, такие как угольные брикеты, технический углерод и т. Д., Могут непредсказуемо взорваться от источников воспламенения, таких как пламя, искры или удар от легких ударов. Нефтехимические продукты , включая асфальт , часто проявляют такое поведение. [5]
Молекула тетракислорода (O 4 ) была впервые предсказана в 1924 году Гилбертом Н. Льюисом , который предложил ее, чтобы объяснить, почему жидкий кислород противоречит закону Кюри . [6] Современное компьютерное моделирование показывает, что, хотя в жидком кислороде нет стабильных молекул O 4, молекулы O 2 имеют тенденцию ассоциироваться парами с антипараллельными спинами , образуя временные единицы O 4 . [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, существует риск того, что оставшийся жидкий кислород может бурно вступить в реакцию с органическими веществами. И наоборот, жидкий азот или жидкий воздух можно обогатить кислородом, оставив его 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 [ редактировать ]
В торговле жидкий кислород классифицируется как промышленный газ и широко используется в промышленных и медицинских целях. Жидкий кислород получают из кислорода, который в природе содержится в воздухе, путем фракционной перегонки в криогенной воздухоразделительной установке .
Военно-воздушные силы давно осознали стратегическое значение 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 установок по производству кислорода на всех основных базах потребления. [10] [11]
В ракетном топливе [ править ]
Жидкий кислород является наиболее распространенным криогенным жидким топливом- окислителем для ракет космических аппаратов , обычно в сочетании с жидким водородом , керосином или метаном . [12] [13]
Жидкий кислород использовался в первой ракете на жидком топливе . Ракета V-2 времен Второй мировой войны также использовала жидкий кислород под названием A-Stoff и Sauerstoff . В 1950-х годах во время холодной войны и в американских ракетах Redstone и Atlas , и в советской Р-7 «Семёрка» использовался жидкий кислород. Позже, в 1960-х и 1970-х годах, на подъемных ступенях ракет « Аполлон Сатурн» и главных двигателей космических челноков использовался жидкий кислород.
В 2020 году многие ракеты используют жидкий кислород:
- Китайская космическая программа : Long March 5 и ее производные Long March 6 , Long March 7
- Индийская организация космических исследований : GSLV
- JAXA (Япония): H-IIA и H3 (в разработке)
- Роскосмос (Россия): Союз-2 и Ангара (в разработке)
- ЕКА ( ЕС ): Ariane 5 и Ariane 6 (в разработке)
- Соединенные Штаты
- SpaceX : Falcon 9 , Falcon Heavy и Starship (в разработке) (жидкий кислород, охлажденный до ~ 66 K (-207,2 ° C; -340,9 ° F), на 10% плотнее, чем при температуре кипения)
- United Launch Alliance : Atlas V , Delta IV , Delta IV Heavy , Vulcan (в разработке)
- Northrop Grumman : Antares 230+
- Blue Origin : New Shepard и New Glenn (в разработке)
- Ракетная лаборатория : Электрон
- Firefly Aerospace : Firefly Alpha (в разработке)
- Virgin Orbit : LauncherOne (в разработке)
История [ править ]
- К 1845 году Майклу Фарадею удалось сжижить большинство известных тогда газов. Шесть газов, однако, сопротивлялись каждой попытке сжижения [14] и были известны в то время как «постоянные газы». Это были кислород, водород , азот , окись углерода , метан и окись азота .
- В 1877 году Луи Полю Кайлетэ во Франции и Раулю Пикте в Швейцарии удалось получить первые капли жидкого воздуха.
- В 1883 году польские профессора Зигмунт Врублевский и Кароль Ольшевский произвели первое измеримое количество жидкого кислорода.
См. Также [ править ]
Викискладе есть медиафайлы по теме жидкий кислород . |
- Хранение кислорода
- Промышленный газ
- Криогеника
- Жидкий водород
- Жидкий гелий
- Жидкий азот
- Список Stoffs
- Компрессор Natterer
- Ракетное горючие
- Твердый кислород
- Тетраоксиген
Ссылки [ править ]
- ^ Редакторы, История ком. «Первая ракета на жидком топливе» . ИСТОРИЯ . Проверено 16 марта 2019 .CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
- ^ 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. Проверено 3 апреля 2011 года .
- ^ Криогенная безопасность . chemistry.ohio-state.edu.
- ^ Характеристики . Архивировано 18 февраля 2012 года на Wayback Machine . Lindecanada.com. Проверено 22 июля 2012.
- ^ «Получение жидкого кислорода, обращение, хранение и утилизация» . Учебный фильм USAF.
- ^ Льюис, Гилберт Н. (1924). «Магнетизм кислорода и молекулы O 2 ». Журнал Американского химического общества . 46 (9): 2027–2032. DOI : 10.1021 / ja01674a008 .
- ↑ Ода, Тацуки; Альфредо Паскарелло (2004). «Неколлинеарный магнетизм в жидком кислороде: исследование молекулярной динамики из первых принципов» (PDF) . Physical Review B . 70 (134402): 1–19. Bibcode : 2004PhRvB..70m4402O . DOI : 10.1103 / PhysRevB.70.134402 . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ J. M. Jurns и J. W. Хартвиг (2011). Жидкий кислород Испытания точки пузыря 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 Развитие системы генерации кислорода в армии . РТО-МП-ХФМ-182. dtic.mil
- ^ Timmerhaus, KD (8 марта 2013). Достижения в области криогенной техники: Труды 1957 криогенных технической конференции, Национальное бюро стандартов Боулдера, штат Колорадо, 19-21 августа 1957 года . Springer Science & Business Media. С. 150–. ISBN 978-1-4684-3105-6.
- ^ Belluscio, Alejandro G. (7 марта 2014). «SpaceX продвигает двигатель Марса с помощью мощности Raptor» . NASAspaceflight.com . Проверено 13 марта 2014 года .
- ↑ Тодд, Дэвид (20 ноября 2012 г.). «Маск делает ставку на многоразовые ракеты, сжигающие метан, как шаг к колонизации Марса» . FlightGlobal Hyperbola . Архивировано из оригинального 28 ноября 2012 года . Проверено 22 ноября 2012 года .
«Мы собираемся производить метан», - объявил Маск, описывая свои планы на будущее относительно многоразовых ракет-носителей, включая те, которые предназначены для доставки астронавтов на Марс в течение 15 лет. Импульсное) преимущество перед керосином, - сказал Маск, добавив, - и у него нет той боли в заднице, которую имеет водород. ... Первоначальный план SpaceX состоял в том, чтобы построить ракету на локсигруппе и метане для будущего разгонного блока 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.