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Luft besteht zu 80 Prozent aus Stickstoff und zu 20 Prozent aus Sauerstoff, und die Siedepunkte beider Elemente sind unterschiedlich: Der Siedepunkt für Sauerstoff beträgt -183 Grad Celsius und der für Stickstoff liegt im Bereich von -196 Grad Celsius. Diese physikalische Eigenschaft, unterschiedliche Siedepunkte zu enthalten, wird verwendet, um sie zu trennen. Grundsätzlich wird die Luft so weit abgekühlt, dass der Sauerstoff flüssig wird. Der verflüssigte Sauerstoff wird leicht vom Rest des Gases getrennt und der Rest wird wieder abgekühlt, um flüssigen Stickstoff zu erzeugen.
Der Linde-Prozess
Der Linde-Prozess verwendet den Joule-Thomson-Effekt, um Stickstoff und Sauerstoff aus der Luft zu verflüssigen. Sie können ihn bei sich zu Hause sehen, wenn Sie den Inhalt von Sprühdosen freigeben. Sie werden feststellen, dass das aus der Dose austretende Gas abkühlt. Der Prozess von Linde nutzt den Joule-Thomson-Effekt kontinuierlich (wiederholtes Komprimieren und Expandieren der Luft), wodurch die Luft schließlich ihren Siedepunkt erreicht, flüssig wird und sich von den anderen Gasen trennt. Die thermodynamische Erklärung dafür ist, dass die Moleküle mit der Ausdehnung des Gases potentielle Energie gewinnen und kinetische Energie verlieren - eine Abnahme der kinetischen Energie bedeutet, dass sich die Moleküle langsamer bewegen und weniger Kollisionen haben und daher die Temperatur ist kleiner. Nach dieser Abnahme ist es wichtig, dass das System isoliert ist, um keine Wärme mit seiner Umgebung auszutauschen.
Nicht nur Stickstoff und Sauerstoff
Die Luft enthält auch Argon und andere Edelgase in kleineren Mengen wie Neon, Helium, Krypton und Xenon. Es ist wichtig zu beachten, dass Unternehmen, die Sauerstoff und flüssigen Stickstoff verkaufen, auch Argon verkaufen. Luft enthält natürlich auch Kohlendioxid und Wasserstoff, aber sie werden durch andere industrielle Verfahren gewonnen.
