액체질소를 어떻게 만드는 건가요?

Question

질소의 어는 점이 -180도 부근 정도인 것으로 알고 있는데 기체 상태의 질소를 어떻게 액체로 만드나요?

온도를 낮추는 것에는 한계가 있지 않나요?

Answer 1

안녕하세요. 손승철 과학전문가입니다.

액체 질소는 사실 액체 산소를 만드는 과정에서 같이 만든다고 합니다.

냉각탱크에 공기를 넣고 냉각시키면 산소는 영하 183℃ 에서 액체 산소가 되어 먼저 분리가 되고

그리고 나서 영하 196℃ 에서 질소가 액체 질소가 되어 분리가 됩니다.

또한 온도를 낮추는 것에는 원리 상 한계는 없습니다. 가장 낮은 온도인 절대 0도까지 만들 수 있습니다.

아래 그림은 기본적인 냉각 장치의 원리입니다.

기계 마다 설계는 다양하겠지만 기본적인 원리는 동일할 것입니다.

냉각장치에 냉매가 존재하고 냉매가 액체에서 기체로 상태가 변할 때

주변에서 열을 흡수하여 주변의 온도를 낮추는 원리입니다.

또한 산업용 대용량 냉각탱크 외에도

아래 링크와 같은 예시의 작은 액체 질소 발생기도 판매가 되고 있습니다.

https://www.ulvac-cryo.co.kr/products/ln2-generator/introduction.php

감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

단순 온도만 낮추면 한계가 있습니다.
기체의 특성중 하나는 압력을 가하면 가할 수록 어는점이 올라갑니다.
그래서 고압의 환경에서 낮은온도를 제공하면 고체질소나 액체질소를 만들 수 있습니다.

감사합니다.

Answer 3

안녕하세요.

현실적으로 -180도 이하의 온도를 가지는 냉장고의 제작이 불가능 하므로, 액체질소의 생산은 높은 압력으로 압축하여 생산합니다.

기체에 압력을 가하게 되면 끓는점과 어는점 등이 올라가는데, 이러한 방법으로 액체질소를 생산합니다.

감사합니다.

Answer 4

안녕하세요. 이중건 과학전문가입니다. 기체 상태의 질소를 어는점 이하로 냉각시키거나, 상태변화가 가능한 고압을 가할 경우 액체질소로 만들 수 있습니다. 초저온을 만들 수 있는 기계도 많고, 고압도 가능합니다.

Answer 5

액체 질소를 만들기 위한 질소의 어는 점은 매우 낮지만, 어는 점을 높이는 방법이 있습니다.

바로 압력을 높이면 됩니다.

모든 기체는 압력을 가하면 끓는 점과 어는 점이 높아지는 효과가 있습니다.

따라서 꼭 -180도가 아니더라도 적절한 온도에서 질소를 액화할 수 있습니다.

Answer 6

안녕하세요. 한만전 과학전문가입니다.

공기를 탱크에 넣고 일정한 압력을 가하고 -195.8도까지 냉각시키면 질소가 액체가 된다. 즉 질소의 끓는점은 -195.8도란 이야기다. 물이 100도씨가 되면 끓으면서 수증기가 되듯 같은 원리이다.