Zkapalnění plynů zahrnuje několik stupňů nutných k přeměně plynu na kapalný stav . Tyto procesy se používají pro vědecké, průmyslové a komerční účely.
Všechny plyny mohou být uvedeny do kapalného stavu jednoduchým ochlazením za normálního atmosférického tlaku . U některých plynů však stačí určité zvýšení tlaku ( oxid uhličitý , butan , propan , čpavek , chlor ). Ostatní ( kyslík , vodík , argon , helium , dusík atd.) jsou ve lahvích ve stlačeném stavu. Plyn totiž nemůže být zkapalněn při libovolně vysokém tlaku, pokud je jeho teplota nad tzv. kritickou teplotou.. Plyny s kritickou teplotou vysoko nad pokojovou teplotou (amoniak, oxid siřičitý , oxid uhličitý atd.) byly zkapalněny jako první a stačilo jedno zvýšení tlaku.
Van der Waalsova stavová rovnice pro reálné plyny ukazuje, že jakýkoli plyn může být převeden do kapalného stavu, ale předpokladem pro to je předběžné ochlazení plynu na teplotu pod kritickou. ( Například oxid uhličitý lze zkapalnit při pokojové teplotě, protože jeho kritická teplota je 31,1 °C. Totéž lze říci o plynech, jako je čpavek a chlór [1] .
Zkapalnění se používá ke studiu základních vlastností molekul plynu (například intermolekulárních interakčních sil), ke skladování plynů. Plyny se zkapalňují ve speciálních kondenzátorech, které uvolňují výparné teplo, a ve výparnících se převádějí do plynného skupenství, kde se výparné teplo absorbuje [2] [3]
Všechny látky, včetně těch, které jsou v „normálních pozemských podmínkách“ v plynném stavu, mohou být ve třech hlavních skupenstvích – kapalném, pevném a plynném. Každá z látek se chová podle vlastního fázového diagramu , jehož obecná forma je pro všechny látky podobná. Podle tohoto diagramu je pro zkapalnění plynu nutné buď snížení teploty , nebo zvýšení tlaku , nebo změna obou těchto parametrů.
Zkapalňování plynů je složitý proces, který zahrnuje mnoho kompresí a expanzí plynu k dosažení vysokých tlaků a nízkých teplot, například pomocí expandérů .
Kapalný kyslík se používá v nemocnicích k přeměně na plynné skupenství pro pacienty s dýchacími problémy. Kapalný dusík se používá v medicíně v kryochirurgii, stejně jako v oblasti in vitro fertilizace pro zmrazení spermií.
Chlór je přepravován v kapalném stavu, poté se používá k dezinfekci vody, sanitaci průmyslového odpadu a splašků, bělení tkanin a mnoha dalším účelům. Chlór byl používán jako chemická zbraň během první světové války a látka byla nalezena v granátech v kapalném stavu, a když byl kontejnment zničen, chlór se stal plynným.
Za zkapalňování helia ( 4 He) v Hampson-Lindově cyklu (cyklus je založen na Joule-Thomsonově jevu ) obdržel v roce 1913 nizozemský vědec Kamerling-Onnes Heike Nobelovu cenu . Při atmosférickém tlaku je bod varu kapalného helia 4,22 K (-268,93 °C). Při teplotách nižších než 2,17 K získává kapalina 4 He supratekutost , za jejíž objev obdržel sovětský vědec P. L. Kapica v roce 1978 Nobelovu cenu. Kapalné helium ve svém supratekutém stavu získává zcela nové vlastnosti, jako je nulová viskozita .
Zkapalňování vzduchem se používá k výrobě dusíku , kyslíku a argonu oddělováním složek vzduchu v destilačním procesu .
Jako raketové palivo se používá kapalný vodík .