一位来自佛罗里达西南州立学院的化学教授最近在网上发布了一段视频。视频显示了他将一个气球从装有液氮的烧杯中取出,在数秒中的时间内气球完成了一个惊人的自我膨胀过程,最后恢复成原来的模样。
00:36液氮简介
液氮是一种在极低温度下保持液态的气体,也就是液态的氮气。氮气是惰性气体、无色无味、无腐蚀性、而且不可燃。大气中氮气的占比最高,重量比达到75.5%,体积比达到78.03%。
标准大气压下,液氮的温度为-℃(℉,通常用符号LN2表示。每立方米液氮释放后可膨胀为立方米21°C的纯气态氮。如果加压,可以在更高的温度下得到液氮。
从液氮中取出气球膨胀的奥秘
实验中,当气球被浸入温度极低的液氮中时,气体分子因动能减少而变得移动缓慢,它们与气球壁碰撞的频率降低且力度变小,从而导致气球收缩,也反应了冷空气比暖空气占据更少的空间。
气球开始膨胀当气球从烧杯中取出,气球中的气体脱离了低温的环境,随着温度的上升,气球中气体分子重新变得活跃,逐渐撑开气球呈现出不停膨胀的状态。当气体分子的运动变得稳定时,气球也就恢复了原来的模样。
气球恢复原状视频展示的实验其实很简单,它证明了温度对气体体积的影响。同样的实验可以在氦气球中进行,但是氦气比空气轻,所以氦气球能在空气中飞行,这就像一块放在水下的木头一样,它会上升到水面。
进一步了解液氮
液氮是液态氮元素的液化形式,在工业上通常是通过液态空气的分馏生产的。与氮气一样,它由两个共享共价键的氮原子组成(N2),所以有时液氮也被称为LN2、LN或LIN。
液氮有一个联合国编号,这个是一个用来识别危险物质的四位数字。在正常压力下,液氮在77K(.8°C或.4°F)会产生沸腾。氮气的液气膨胀系数为1:,也就是前面说的每立方米液氮释放后可膨胀为立方米21°C的纯气态氮。
年4月15日,波兰物理学家齐格蒙特·沃洛夫斯基和凯罗尔·奥尔谢夫斯基首次实现氮气的液化。液氮需要储存在特殊的隔热容器中,同时需要保持通风以防止压力累积,一般情况下,它可以储存几个小时或几周。
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