El oxígeno líquido, abreviado LOx , LOX o Lox en las industrias aeroespacial , submarina y del gas , es la forma líquida del oxígeno molecular . Se usó como oxidante en el primer cohete de combustible líquido inventado en 1926 por Robert H. Goddard , [1] una aplicación que ha continuado hasta el presente.
Propiedades físicas
El oxígeno líquido tiene un color azul pálido y es fuertemente paramagnético : se puede suspender entre los polos de un poderoso imán de herradura . [2] El oxígeno líquido tiene una densidad de 1,141 g / cm 3 (1,141 kg / L o 1141 kg / m 3 ), es ligeramente más denso que el agua líquida y es criogénico con un punto de congelación de 54,36 K (−218,79 ° C; - 361,82 ° F) y un punto de ebullición de 90,19 K (−182,96 ° C; −297,33 ° F) a 101,325 kPa (760 mmHg). El oxígeno líquido tiene una relación de expansión de 1: 861 bajo 1 atmósfera estándar (100 kPa ) y 20 ° C (68 ° F), [3] [4] y debido a esto, se utiliza en algunos aviones comerciales y militares como fuente transportable de oxígeno para respirar.
Debido a su naturaleza criogénica, el oxígeno líquido puede hacer que los materiales que toca se vuelvan extremadamente frágiles. El oxígeno líquido también es un agente oxidante muy poderoso: los materiales orgánicos se queman rápida y energéticamente en oxígeno líquido. Además, si se empapan en oxígeno líquido , algunos materiales, como briquetas de carbón, negro de carbón , etc., pueden detonar de manera impredecible a partir de fuentes de ignición como llamas, chispas o impactos de golpes ligeros. Los productos petroquímicos , incluido el asfalto , suelen presentar este comportamiento. [5]
La molécula de tetraoxígeno (O 4 ) fue predicha por primera vez en 1924 por Gilbert N. Lewis , quien la propuso para explicar por qué el oxígeno líquido desafiaba la ley de Curie . [6] Las simulaciones por computadora modernas indican que, aunque no hay moléculas de O 4 estables en el oxígeno líquido, las moléculas de O 2 tienden a asociarse en pares con espines antiparalelos , formando unidades de O 4 transitorias . [7]
El nitrógeno líquido tiene un punto de ebullición más bajo a −196 ° C (77 K) que el oxígeno a −183 ° C (90 K), y los recipientes que contienen nitrógeno líquido pueden condensar oxígeno del aire: cuando la mayor parte del nitrógeno se ha evaporado de dicho recipiente, Existe el riesgo de que el oxígeno líquido restante pueda reaccionar violentamente con material orgánico. Por el contrario, el nitrógeno líquido o el aire líquido se pueden enriquecer con oxígeno dejándolo reposar al aire libre; el oxígeno atmosférico se disuelve en él, mientras que el nitrógeno se evapora preferentemente.
La tensión superficial del oxígeno líquido en su punto de ebullición a presión normal es de 13,2 dyn / cm. [8]
Usos
En el comercio, el oxígeno líquido se clasifica como un gas industrial y se usa ampliamente para fines industriales y médicos. El oxígeno líquido se obtiene del oxígeno que se encuentra naturalmente en el aire mediante destilación fraccionada en una planta de separación de aire criogénica .
Las fuerzas aéreas han reconocido desde hace mucho tiempo la importancia estratégica del oxígeno líquido, como oxidante y como suministro de oxígeno gaseoso para respirar en hospitales y vuelos de aviones a gran altitud. En 1985, la USAF inició un programa de construcción de sus propias instalaciones de generación de oxígeno en todas las bases de consumo principales. [10] [11]
En propulsor de cohetes
El oxígeno líquido es el propulsor oxidante líquido criogénico más común para aplicaciones de cohetes de naves espaciales , generalmente en combinación con hidrógeno líquido , queroseno o metano . [12] [13]
Se utilizó oxígeno líquido en el primer cohete de combustible líquido . El misil V-2 de la Segunda Guerra Mundial también usó oxígeno líquido bajo el nombre de A-Stoff y Sauerstoff . En la década de 1950, durante la Guerra Fría, tanto los cohetes Redstone y Atlas de Estados Unidos como el R-7 Semyorka soviético utilizaron oxígeno líquido. Más tarde, en las décadas de 1960 y 1970, las etapas de ascenso de los cohetes Apollo Saturno y los motores principales del Transbordador Espacial utilizaron oxígeno líquido.
En 2020, muchos cohetes utilizan oxígeno líquido:
- Programa espacial chino : Gran 5 de marzo y sus derivaciones Gran 6 de marzo , Gran 7 de marzo
- Organización de Investigación Espacial de la India : GSLV
- JAXA (Japón): H-IIA y H3 (en desarrollo)
- Roscosmos (Rusia): Soyuz-2 y Angara (en desarrollo)
- ESA ( UE ): Ariane 5 y Ariane 6 (en desarrollo)
- Estados Unidos
- SpaceX : Falcon 9 , Falcon Heavy y Starship (en desarrollo) (oxígeno líquido enfriado a ~ 66 K (−207,2 ° C; −340,9 ° F), 10% más denso que a temperatura de ebullición)
- United Launch Alliance : Atlas V , Delta IV , Delta IV Heavy , Vulcan (en desarrollo)
- Northrop Grumman : Antares 230+
- Origen azul : New Shepard y New Glenn (en desarrollo)
- Laboratorio de cohetes : Electron
- Firefly Aerospace : Firefly Alpha (en desarrollo)
- Virgin Orbit : LauncherOne (en desarrollo)
Historia
- En 1845, Michael Faraday había logrado licuar la mayoría de los gases que se sabía que existían. Sin embargo, seis gases resistieron todos los intentos de licuefacción [14] y fueron conocidos en ese momento como "gases permanentes". Eran oxígeno, hidrógeno , nitrógeno , monóxido de carbono , metano y óxido nítrico .
- En 1877, Louis Paul Cailletet en Francia y Raoul Pictet en Suiza lograron producir las primeras gotas de aire líquido.
- En 1883, los profesores polacos Zygmunt Wróblewski y Karol Olszewski produjeron la primera cantidad mensurable de oxígeno líquido.
Ver también
- Almacenamiento de oxigeno
- Gas industrial
- Criogenia
- Hidrógeno líquido
- Helio liquido
- Nitrógeno líquido
- Lista de Stoffs
- Compresor Natterer
- Combustible para cohetes
- Oxígeno sólido
- Tetraoxigeno
Referencias
- ^ Editores, History com. "Primer cohete de combustible líquido" . HISTORIA . Consultado el 16 de marzo de 2019 .CS1 maint: texto adicional: lista de autores ( enlace )
- ^ Moore, John W .; Stanitski, Conrad L .; Jurs, Peter C. (21 de enero de 2009). Principios de la química: la ciencia molecular . Aprendizaje Cengage. págs. 297–. ISBN 978-0-495-39079-4. Consultado el 3 de abril de 2011 .
- ^ Seguridad criogénica . chemistry.ohio-state.edu.
- ^ Características . Archivado el 18 de febrero de 2012 en la Wayback Machine . Lindecanada.com. Consultado el 22 de julio de 2012.
- ^ "Recepción, manipulación, almacenamiento y eliminación de oxígeno líquido" . Película de entrenamiento de la USAF.
- ^ Lewis, Gilbert N. (1924). "El magnetismo del oxígeno y la molécula de O 2 ". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 46 (9): 2027–2032. doi : 10.1021 / ja01674a008 .
- ^ Oda, Tatsuki; Alfredo Pasquarello (2004). "Magnetismo no colineal en oxígeno líquido: un estudio de dinámica molecular de primeros principios" (PDF) . Physical Review B . 70 (134402): 1–19. Código Bibliográfico : 2004PhRvB..70m4402O . doi : 10.1103 / PhysRevB.70.134402 . hdl : 2297/3462 .[ enlace muerto permanente ]
- ^ J. M. Jurns y J. W. Hartwig (2011). Dispositivo de adquisición de líquido de oxígeno líquido Pruebas de punto de burbuja con LOX de alta presión a temperaturas elevadas , pág. 4.
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- ^ Timmerhaus, KD (8 de marzo de 2013). Advances in Cryogenic Engineering: Proceedings of the 1957 Cryogenic Engineering Conference, National Bureau of Standards Boulder, Colorado, 19-21 de agosto de 1957 . Springer Science & Business Media. págs. 150–. ISBN 978-1-4684-3105-6.
- ^ Belluscio, Alejandro G. (7 de marzo de 2014). "SpaceX avanza la unidad para el cohete de Marte a través de la energía de Raptor" . NASAspaceflight.com . Consultado el 13 de marzo de 2014 .
- ^ Todd, David (20 de noviembre de 2012). "Musk apuesta por cohetes reutilizables que queman metano como paso para colonizar Marte" . FlightGlobal Hyperbola . Archivado desde el original el 28 de noviembre de 2012 . Consultado el 22 de noviembre de 2012 .
'Vamos a hacer metano', anunció Musk mientras describía sus planes futuros para vehículos de lanzamiento reutilizables, incluidos los diseñados para llevar astronautas a Marte en 15 años, 'El costo energético del metano es el más bajo y tiene un ligero Isp (Específico Impulse) ventaja sobre el queroseno ', dijo Musk y agregó,' y no tiene el factor doloroso que tiene el hidrógeno '. ... El plan inicial de SpaceX será construir un cohete lox / metano para una futura etapa superior con nombre en código Raptor. ... Es probable que el nuevo motor de etapa superior Raptor sea solo el primer motor de una serie de motores lox / metano.
- ^ Criogenia . Scienceclarified.com. Consultado el 22 de julio de 2012.