液氮（英文名稱：Liquidnitrogen）即液體氮?dú)猓∟2），是一種單質(zhì)，為無(wú)色透明、無(wú)味無(wú)臭、低粘度、無(wú)腐蝕性、不可燃且易流動(dòng)的極冷液體。無(wú)毒性和刺激性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。其沸點(diǎn)為-196.56℃，熔點(diǎn)為-210℃。1立方米的液氮可以膨脹至696立方米的純氣態(tài)氮（21℃）。
利用液氮?dú)饣梢垣@得較低溫度，因此液氮可以作為冷源應(yīng)用于各行各業(yè)。如可以用來(lái)保存活體組織、用于外科手術(shù)、冷凍食品和滅火等。液氮除了用來(lái)作為冷源使用外，因其氣化時(shí)可以產(chǎn)生巨大壓力，可以作為汽車動(dòng)力和打撈沉船等。液氮可以通過(guò)深度冷凍法直接分離空氣制取，或與分離空氣制氧結(jié)合制取，也可以通過(guò)加壓在更高溫度下制取。
液氮的沸點(diǎn)很低，在常壓時(shí)的溫度非常低，不能直接接觸人體，以防灼傷。一旦與物體表面接觸將迅速地沸騰，同時(shí)也會(huì)迅速帶走大量的熱能。如在常壓下汽化產(chǎn)生的氮?dú)膺^(guò)量，可能會(huì)使空氣中氧分壓下降，引起缺氧窒息。
相關(guān)歷史
1883年4月15日在克拉科夫雅蓋隆大學(xué)由波蘭物理學(xué)家齊格蒙特·弗羅布萊夫斯基（Zygmunt Wr_Blewski）和卡羅爾·奧爾謝夫斯基（Karol Olszewski）首次將氮?dú)?/a>液化。液氮作為冷源用于冷藏工業(yè)在已有幾十年的歷史。美國(guó)在1960年正式將液氮用于冷藏運(yùn)輸。1961年，歐文·庫(kù)珀（Irving Cooper）發(fā)明了用液氮作為冷凍裝置，從而迎來(lái)了冷凍手術(shù)的新時(shí)代。1987年2月我國(guó)科學(xué)家趙忠賢等得到在液氮以上溫度的Y-Ba-銅O系超導(dǎo)體。
理化性質(zhì)
液氮是液態(tài)的氮?dú)猓獨(dú)鈽?gòu)成了大氣的大部分（體積比78.03%，重量比75.5%）。液氮是無(wú)色透明、無(wú)味無(wú)臭、微溶于水且易流動(dòng)的極冷液體，液氮無(wú)毒性和刺激性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定（只在高溫和放電條件下才能與金屬或非金屬化合生成氮化物，具體詳見條目氮?dú)?/a>）。但液氮在接觸高溫物體時(shí)，高溫物體表面會(huì)快速形成一層蒸汽絕熱層，這就是“萊頓弗羅斯特效應(yīng)”——當(dāng)?shù)蜏匾后w與高溫固體間存在巨大的溫度差時(shí)，低溫液體不會(huì)潤(rùn)濕高溫的固體表面，在高溫固體表面與液體之間形成一層蒸汽層，減緩高溫固體與低溫液體間的傳熱和液體的氣化速度。液氮的密度為0.808 g/cm3，在常壓下，熔點(diǎn)為-210℃，沸點(diǎn)為-196.56℃。1立方米的液氮可以膨脹至696立方米的純氣態(tài)氮（21℃）。
應(yīng)用領(lǐng)域
醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
液氮冷凍保存動(dòng)物精液、人體組織、皮膚有很高的成活率。用液氮保存奶牛精液，可以大大減少種牛數(shù)量，并可以最大限度地利用良種。用液氮灼燒除去腦、眼及皮膚異物的外科手術(shù)，有出血少、不痛苦、不易感染等優(yōu)點(diǎn)。
工業(yè)領(lǐng)域
在純化氦時(shí)用液氮冷卻裝有大吸附表面的活性炭指狀冷阱可以吸收主要的混雜氣體；氫氣、液氦生產(chǎn)過(guò)程中用作預(yù)冷劑；低溫吸附、溶劑回收時(shí)作冷源。在原油管道更換時(shí)，可用液氮澆注兩端的物料，使之固化封堵。液氮用于金屬的過(guò)渡配合或靜配合的裝配，可以不用高溫就能保持零件表面的光潔度。使用液氮泡過(guò)的零件經(jīng)過(guò)加工后可延長(zhǎng)磨損壽命。金屬切削時(shí)用液氮冷卻具有刀具壽命長(zhǎng)，表面光潔度高等優(yōu)點(diǎn)。用液氮冷卻粉碎回收廢橡膠及塑料制品，可減少環(huán)境污染。
食品領(lǐng)域
魚、肉等用液氮冷凍，由于溫差大，凍結(jié)速度快，在食品內(nèi)部形成細(xì)小且分布均勻的冰晶，對(duì)細(xì)胞損傷小，解凍后汁液流失少，能保持食品的營(yíng)養(yǎng)、口感和原有風(fēng)味。液氮速凍技術(shù)是通過(guò)液氮與食品接觸所吸收大量的潛熱和顯熱致使食品凍結(jié)，以200 K以上的溫差進(jìn)行強(qiáng)烈熱交換，降溫速率達(dá)7～15 K/min。液氮從容器內(nèi)噴射出來(lái)，環(huán)境突變到常溫常壓，液態(tài)向氣態(tài)轉(zhuǎn)化，在這個(gè)相變過(guò)程中可以吸收大量熱量。在食品冷凍過(guò)程中，由于瞬間帶走大量熱量而致使食品由外向內(nèi)迅速降溫至凍結(jié)。液氮還可以用來(lái)做噴氣冰激凌等。
建筑領(lǐng)域
在大體積混凝土構(gòu)筑物（如大壩）施工時(shí)，因固化時(shí)放熱，內(nèi)部出現(xiàn)裂縫而降低強(qiáng)度。以前用冰作冷凍劑，缺點(diǎn)是用量大，冰融化后增加了混凝土的水分，現(xiàn)用液氮作冷卻劑，大大提高了混凝土的強(qiáng)度。用液氮可冷凍土壤，開豎井。還可用作各種冷阱、冷泵及低溫超導(dǎo)的冷源。
滅火領(lǐng)域
液氮可以用于滅火。滅火時(shí)直接噴注液氮，液氮?dú)饣沾罅康臒幔梢允垢邷孛后w以及高溫燃燒煤體的溫度迅速下降到著火點(diǎn)以下，達(dá)到防滅火的目的。同時(shí)，液氮?dú)饣S著空氣中氮?dú)夂康脑黾樱?a href="/hebeideji/7233262038603005952.html">氧氣含量會(huì)降低。 當(dāng)氧氣含量低于5%~10%時(shí)，也會(huì)抑制燃燒
其他領(lǐng)域
由于液氮?dú)饣竽墚a(chǎn)生壓力，現(xiàn)已有人把液氮注入汽車缸內(nèi)作動(dòng)力以驅(qū)動(dòng)汽車。將液氮快速充入沉船的艙內(nèi)，由于溫差大，液氮?dú)饣杆伲梢栽诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很大的壓力，將海水排出，沉船浮起以打撈沉船。
制備方法
液氮可以用深度冷凍法直接分離空氣制取，或與分離空氣制氧結(jié)合制取，也可以采用將其它方法生產(chǎn)的氣體氮在液化裝置中液化制取，還可以通過(guò)加壓在更高溫度下制取。
深度冷凍法
深空冷分制液氮的原理是通過(guò)壓縮、膨脹循環(huán)降低大氣溫度并使其成為液態(tài)，利用大氣中組分沸點(diǎn)不同，從而得到液氮。該方法最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠制取大量液氮。
氮液化裝置
氮液化裝置可分為帶膨脹機(jī)和不帶膨脹機(jī)的兩大類流程。以帶膨脹機(jī)的為例，帶膨脹機(jī)的流程能耗較低。先將干燥的氮?dú)庠趬嚎s機(jī)中加壓到所需的壓力，然后將氣體冷卻至約-120℃并進(jìn)入換熱器中。進(jìn)入換熱器中的氮?dú)夥譃閮刹糠郑阂徊糠诌M(jìn)入液化器液化，再經(jīng)節(jié)流后在氣液分離器中分離掉氮蒸氣后得到液氮；另一部分進(jìn)入膨脹機(jī)，在此放出熱量，同時(shí)自身溫度降低。降溫的低壓氮?dú)鈪R同由氣液分離器返回的氮?dú)饬鹘?jīng)液化器和換熱器進(jìn)行冷交換后進(jìn)入壓縮機(jī)循環(huán)使用。
安全事宜
危險(xiǎn)性
火/爆炸：容器遇火易爆。
侵入途徑：眼睛及皮膚接觸。
健康危害：沒有明顯的毒性作用，具有窒息性。由于無(wú)色、無(wú)味，故空氣中含量高時(shí)無(wú)法發(fā)覺，如果氧含量低于18%則威脅生命，缺氧癥狀為惡心、困倦、皮膚眼瞼變青、無(wú)知覺直至死亡，液氮對(duì)眼、皮膚、呼吸道會(huì)造成凍瘡。
急救措施
眼睛接觸：首先用大量水沖洗幾分鐘，然后就醫(yī)。
皮膚接觸：凍傷時(shí)，用大量水沖洗，不要脫掉衣服。然后轉(zhuǎn)診就醫(yī)。
吸入：呼吸新鮮空氣，休息。若人員發(fā)生昏迷需立即人工呼吸，然后轉(zhuǎn)診就醫(yī)。
泄露處理
液氮發(fā)生泄露時(shí)，應(yīng)急處理人員須穿戴防護(hù)用具（戴自給正壓式呼吸器，穿防寒服，戴防寒手套等）進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，并保持現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)，避免泄漏液體流入地下室或其他密閉有人工作空間，如無(wú)法避免應(yīng)立即通知相關(guān)部門，不要直接接觸泄漏物，盡可能切斷泄漏源，在安全情況下盡量堵漏或?qū)⑷萜饕频桨踩貛В捎渺F狀水噴淋加速液體蒸發(fā)但不可使水槍射至液體，防止氣體在低凹處積聚，用排風(fēng)機(jī)將漏出氣送至空曠處，禁止人員在低洼或下風(fēng)區(qū)停留。
儲(chǔ)存運(yùn)輸
由于液氮的沸點(diǎn)低，必需在絕熱性良好的容器中貯存和輸送。最常用的液氮容器是以粉末真空絕熱的雙層容器，內(nèi)筒為不銹鋼制成，外筒為碳鋼。幾十平方米的容器其日蒸發(fā)損失在0.5-1%，容器越大損失率越小。上述容器可以制成公路或鐵路槽車供運(yùn)送液氮，容器一般不超過(guò)100m3。液氮運(yùn)至使用地后可用自壓或低溫泵注入用戶的容器中。
參考資料 >
NITROGEN (LIQUIFIED).ICSC.2023-08-12
NITROGEN, REFRIGERATED LIQUID (CRYOGENIC LIQUID).CAMEO Chemicals..2023-08-12
液氮是什么?竟有這些神奇用處.中國(guó)網(wǎng).2023-08-12