Experimenty s tekutým dusíkom

tekutý dusík je rýchlo sa vyparujúca kvapalina, s bodom varu -196°C, teda len 77K. Takto nízku teplotu možno využiť na zmrazovanie rôznych predmetov a kopec inej zábavy ;)
Prekážkou pri týchto experimentoch môže byť problém zohnať tekutý dusík. Samozrejme existujú veľké spoločnosti, ktoré ho predávajú a jeho cena je dosť nízka (pár centov za liter). Bežne používané nádoby na dusík - tzv. Dewarove fľaše (čo sú v podstate veľké termosky) však stoja niekoľko tisíc eur, čo asi nie je prijateľná suma pre napríklad obyčajnú základnú školu. Takže asi jediným rozumným spôsobom zháňania tekutého dusíka je napríklad cez nejakú akademickú inštitúciu (napríklad vysokú školu).

Zmrazovanie rôznych objektov

Tekutý dusík je možné použiť na zmrazenie čohokoľvek nablízku. Efektné je napríklad zmraziť nejakú biologickú vzorku (banán, ruža, ...), prípadne mokrý papier a následne sa ich pokúsiť rozbiť (kladivom). Je to výborný spôsob ako nakrájať banán ;).

Zaujímavé je tiež to, že rovnako dobre ako vie zmrazovať banán vie aj zmraziť ľudskú ruku. Takže treba dávať veľký pozor na bezpečnosť - špeciálne rukavice (tenké chemické vám naozaj nepomôžu), ochranný štít, plášť, vhodná obuv, atď. Pri tekutom dusíku je možné pozorovať zaujímavý fyzikálny jav - tzv. Leidenfrostov efekt. Ak je nejaký objekt s izbovou teplotou ponorený do tekutého dusíka (rozdiel viac než 200°C!) tekutý dusík sa tak rýchlo vyparuje, že vytvorí okolo daného objektu izolačnú vrstvu plynného dusíka a tak sa tekutý dusík nedostane do priameho kontaktu s objektom (áno je teda možné na zlomok sekundy strčiť ruku do dusíka bez akejkoľvek ujmy, ale nerobte to ;)).  Tento efekt je možné tiež pozorovať keď  kvapnete vodu na horúcu panvicu, kvapka vody bude behať a levitovať, až kým sa nevyparí.

Biely dym

Stačí naliať dusík do (teplej) vody ;)

Výroba tekutého kyslíka

Tekutý kyslík je modrá (!) a paramagnetická (!) kvapalina. Paramagnetická znamená, že v dôsledku nespáreného elektrónu v  MO molekuly kyslíka je kyslík priťahovaný ku magnetu. Plynný kyslík je síce priťahovaný, ale pri kvapalnom je tento efekt oveľa viditeľnejší. Jeho bod varu je o 10°C vyšší ako bod varu dusíka - to znamená, že pomocou dusíka je možné zmraziť kyslík. Stačí dať trochu dusíka do kovovej nádoby a na jej vonkajších stenách bude kondenzovať kyslík a kvapkať dole. Kovová nádoba schladená na -196°C je nebezpečná a pri najmenšom dotyku spôsobuje vážne kryogénne popáleniny (omrzliny), takže treba pracovať opatrne. Ak budete schopní vyrobiť dostatok kyslíka, tak si s ním určite užijete kopec zábavy ;)

Žiarovka v tekutom dusíku

Prečo sú žiarovky v sklenenom púzdre? Wolfrámové vlákno, ktoré je rozžeravené na nejakých 2000° by sa inak zlučovalo s kyslíkom - horelo. V sklenenom púzdre je vákuum a teda volfrámové vlákno môže svietiť. Akonáhle rozbijete toto púzdro, volfrámové vlákno behom niekoľkých sekúnd zhorí a žiarovka zhasne. Ked však ponoríte takto odkrytú žiarovku do tekutého dusíka, v tekutom dusíku sa nachádza minimálne množstvo kyslíka a teda žiarovka môže svietiť ďalej. Okrem toho, že nezhasne, ešte to aj pekne vyzerá. Dajú sa samozrejme použiť žiarovky na 220V (na videu tento experiment predvádza človek s licenciou na prácu s takýmto napätím), avšak v pohode postačia aj žiarovky na nízke napätia (do 24V), pri ktorých nehrozí úraz elektrinou. Sklenený obal sa dobre dole dáva pomocou zveráka, pripadne aj kladivo funguje.

LEDky v tekutom dusíku

Čo obsahujú LED diódy aby svietili? Väčinou to bývajú rôzne dopované polovodiče (GaAsP, InP, GaP a ďalšie). Zaujímavé je, že vlastnosti (napríklad vyžarovaná vlnová dĺžka) týchto polovodičov sa menia s meniacou sa teplotou. Takže stačí ponoriť LEDku do tekutého dusíka a pozorovať zmenu farby. Pekné zmeny sú napríklad pri červenej LED (na oranžovo-žltú) alebo zelenej (na žltú). Samozrejme nezabudnite LEDku zapojiť cez odpor, lebo bez odporu síce zmení farbu aj sama (tentoraz ide o zvýšenie teploty), ale po chvíli začne horieť a smrdieť.


S tekutým dusíkom sa dajú určite urobiť aj ďalšie zaujímavé experimenty, veď veci chladnejšie o 200°C sa správajú niekedy dosť odlišne ;) Hlavne si dávajte pozor na omrzliny, lebo môžu byť dosť nepríjemné a vážne ;).

Zoznam chemických pokusov