ออกซิเจนเหลว: คุณสมบัติและการใช้งาน
ออกซิเจนเหลวหรือที่เรียกอีกอย่างว่า LOx คือออกซิเจนโมเลกุลในรูปของเหลวและถูกนำไปใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ เรือดำน้ำ และอุตสาหกรรมก๊าซ บทความนี้จะเจาะลึกคุณสมบัติทางกายภาพของออกซิเจนเหลวและการประยุกต์ใช้ที่สำคัญในหลากหลายสาขา
คุณสมบัติทางกายภาพ
คุณสมบัติทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ของออกซิเจนเหลวทำให้มีคุณค่าอย่างยิ่งในหลายๆ ด้าน ต่อไปนี้คือคุณสมบัติหลักของออกซิเจนเหลว:
1. ความหนาแน่นและอุณหภูมิ
ที่ความดันบรรยากาศมาตรฐาน (101.325 kPa) ออกซิเจนเหลวจะมีความหนาแน่น 1.141 g/cm³ ซึ่งสูงกว่าน้ำเหลวเล็กน้อย ออกซิเจนเหลวมีจุดเยือกแข็งต่ำมากที่ 50.5 K (เทียบเท่ากับ -222.65 องศาเซลเซียส) และจุดเดือดที่ 90.188 K (เทียบเท่ากับ -182.96 องศาเซลเซียส) ซึ่งทำให้สามารถมีออกซิเจนเหลวได้ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำมาก จึงเหมาะสำหรับการใช้งานต่างๆ
2. กระบวนการทำให้เป็นของเหลว
การผลิตออกซิเจนเหลวในอุตสาหกรรมโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่เรียกว่าการกลั่นแบบแยกส่วน กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการอัดและทำให้เย็นอากาศเพื่อแยกไนโตรเจนและออกซิเจนออกจากกัน เนื่องจากมีจุดเดือดต่างกัน ไนโตรเจนจึงถูกแยกออกก่อน จึงเหลือออกซิเจนเหลวที่ค่อนข้างบริสุทธิ์อยู่
3. รูปลักษณ์ภายนอกและความดึงดูด
ออกซิเจนเหลวมีสีฟ้าอมเขียวอ่อนและมีคุณสมบัติเป็นพาราแมกเนติกสูง สามารถแขวนลอยระหว่างขั้วของแม่เหล็กรูปเกือกม้าที่มีกำลังแรงสูงได้
4. เหนี่ยวนำให้เกิดความเปราะบางของวัสดุและสารออกซิไดซ์ที่แรง
วัสดุที่สัมผัสกับออกซิเจนเหลวจะเปราะบางมากเนื่องจากมีลักษณะที่อุณหภูมิต่ำ นอกจากนี้ ออกซิเจนเหลวยังเป็นสารออกซิไดซ์ที่มีฤทธิ์แรง ทำให้สารอินทรีย์ติดไฟอย่างรวดเร็ว สารบางชนิด เช่น ถ่านหินอัดก้อน คาร์บอนแบล็ก เป็นต้น อาจระเบิดขึ้นอย่างไม่สามารถคาดเดาได้เมื่อแช่ในออกซิเจนเหลวและสัมผัสกับแหล่งกำเนิดไฟ เช่น เปลวไฟ ประกายไฟ หรือแรงกระแทกเล็กน้อย ปิโตรเคมี รวมถึงแอสฟัลต์ มักแสดงพฤติกรรมดังกล่าว
แอปพลิเคชั่น
ออกซิเจนเหลวมีการใช้งานอย่างกว้างขวางครอบคลุมหลายโดเมน
ต่อไปนี้เป็นแอปพลิเคชันหลักบางส่วน
1. การใช้ทางการแพทย์
ในสาขาการแพทย์ ออกซิเจนเหลวจะถูกใช้เพื่อการบำบัดด้วยออกซิเจนเพื่อให้แน่ใจว่าผู้ป่วยได้รับออกซิเจนในปริมาณที่เพียงพอ เครื่องบินที่บินในระดับสูงยังใช้ออกซิเจนเหลวเพื่อส่งออกซิเจนสำหรับหายใจให้กับผู้โดยสารและลูกเรือด้วย
2. การผลิตภาคอุตสาหกรรม
การผลิตออกซิเจนเหลวในอุตสาหกรรมเกี่ยวข้องกับการกลั่นแยกส่วนของอากาศเหลว ด้วยอัตราส่วนที่ขยายได้ถึง 1:861 ออกซิเจนเหลวจึงได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตทางอุตสาหกรรมสมัยใหม่ รวมถึงโลหะวิทยา วิศวกรรมเคมี และการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมหลายๆ อย่าง ผู้คนใช้เครื่องพ่นไอระเหยในบรรยากาศเพื่อกลับคืนสู่สถานะก๊าซในการใช้งานทั่วไป
3. สารออกซิไดเซอร์
ออกซิเจนเหลวมักใช้เป็นสารออกซิไดเซอร์ โดยเฉพาะในระบบขับเคลื่อนจรวด โดยผสมกับเชื้อเพลิงต่างๆ เช่น ไฮโดรเจนเหลว น้ำมันก๊าด หรือมีเทน เพื่อสร้างแรงขับดันที่มากพอที่จะส่งยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจร ออกซิเจนมีบทบาทสำคัญในวิศวกรรมการบินและอวกาศ
ข้อควรพิจารณาเรื่องความปลอดภัย
เนื่องมาจากอุณหภูมิต่ำและคุณสมบัติในการออกซิไดซ์ ออกซิเจนเหลวจึงมีความเสี่ยงบางประการ ไนโตรเจนเหลวมีจุดเดือดต่ำกว่าออกซิเจนเหลว และภาชนะที่บรรจุไนโตรเจนเหลวสามารถควบแน่นออกซิเจนจากอากาศได้ ดังนั้น หลังจากไนโตรเจนส่วนใหญ่ระเหยออกจากภาชนะดังกล่าวแล้ว ออกซิเจนเหลวที่เหลืออาจทำปฏิกิริยากับสารอินทรีย์อย่างรุนแรง จนอาจเกิดการระเบิดได้ ในทางกลับกัน ไนโตรเจนเหลวหรืออากาศเหลวสามารถเพิ่มออกซิเจนได้โดยปล่อยให้มันอยู่ในอากาศเปิด เนื่องจากออกซิเจนในบรรยากาศจะละลายในนั้น ในขณะที่ไนโตรเจนจะระเหยไปโดยเฉพาะ
