Azoto liquido
Voce principale: Azoto.
Serbatoio contenente azoto liquido
L'azoto liquido, avendo il punto di ebollizione a -195,82 °C e un costo di produzione ragionevole, è molto utilizzato per il raffreddamento di apparecchiature scientifiche, la crioconservazione di campioni biologici e vari altri processi nei quali è necessario ottenere o conservare temperature estremamente basse, la densità in forma liquida corrisponde a 0,8085 kg/l[1], equivalente a 808,5 kg/m³.
Indice
1 Pericolosità
2 Applicazioni criogeniche
2.1 Biologia
2.2 Industria alimentare
2.3 Cucina e gastronomia
2.4 Industria chimica
2.5 Ricerca scientifica
2.6 Tecnologie edili
2.7 Metallurgia
2.8 Tecnologie ambientali
2.9 Tecnologie mediche
2.10 Informatica
3 Note
4 Altri progetti
5 Collegamenti esterni
Pericolosità |
La pericolosità dell'azoto liquido viene spesso sottovalutata. Si possono trovare in rete filmati che tentano di dimostrare la sua innocuità per le persone, utilizzando poche gocce alla volta e contatti con la pelle per pochissimi secondi. Al contrario l'azoto liquido non deve mai essere sottovalutato per i seguenti fattori[2]:
- infragilimento dei contenitori; l'errata stima della temperatura di progetto di questi rispetto alle condizioni di utilizzo dell'azoto risulta essere una della principali cause di incidente.
- contatto accidentale del personale con superfici a temperature criogeniche, contatto che provoca sulla pelle lesioni del tutto simili alle ustioni (l'entità del danno aumenta con il diminuire della temperatura e con il prolungarsi della durata del contatto).
- l'ultimo rischio, ma certamente quello più elevato in termini di frequenza di accadimenti incidentali, è quello legato al pericolo di asfissia conseguente alla dispersione di azoto in ambienti confinati. È noto che l'azoto non sia "intrinsecamente" tossico o nocivo nel senso tradizionale del termine, ma un aumento della sua concentrazione, non rilevabile poiché il gas è incolore ed inodore, può causare asfissia a causa della conseguente riduzione della percentuale di ossigeno in ambiente.
Applicazioni criogeniche |
L'azoto è un gas molto comune in natura (compone il 78% dell'atmosfera terrestre) che ha un punto di ebollizione molto basso, a 77,35 K (-195,82 °C). Quindi se è ridotto allo stato liquido per compressione, può in seguito essere trasportato sotto pressione, e, quando è liberato, assorbe grandi quantità di calore per poter evaporare. In questo modo l'azoto liquido risulta essere un potente refrigerante. Per ottenere temperature inferiori a quelle dell'azoto liquido, ad esempio nei circuiti refrigeranti delle NMR (Risonanze Magnetiche) o negli acceleratori di particelle, in genere viene utilizzato l'elio liquido che raggiunge, in fase liquida, una temperatura molto vicina a quella dello zero assoluto (-273,15 °C).
Biologia |
L'azoto liquido viene adoperato per la conservazione di materiale biologico o di origine biologica per lunghi periodi. Viene dunque adoperato per lo stoccaggio (in appositi dewar dotati di particolari alloggiamenti) di linee cellulari adoperate nella ricerca scientifica, di campioni di liquido seminale o per la conservazione a lungo termine di proteine particolarmente labili.
Industria alimentare |
Nella macinazione di numerosi alimenti l'azoto liquido viene impiegato per assorbire il calore generato dall'attrito, che potrebbe causare l'eccessivo riscaldamento del prodotto provocandone la fusione e la formazione di grumi indesiderati o la degradazione termica.
L'azoto liquido viene preferito all'anidride carbonica liquida e ai metodi meccanici nella surgelazione di alimenti di piccole dimensioni per via della maggiore rapidità di raffreddamento che è in grado di garantire e per l'assenza della lieve acidità tipica dell'anidride carbonica.
In itticoltura l'azoto liquido viene usato per il controllo della temperatura dell'acqua.
L'azoto liquido viene utilizzato anche nella gastronomia molecolare.
Cucina e gastronomia |
A partire dai primi anni 2000, l'azoto liquido è stato introdotto nelle cucine dei grandi ristoranti grazie alle collaborazioni tra alcuni chef e scienziati attivi nel campo della gastronomia molecolare: Heston Blumenthal ed il fisico Peter Barham nel Regno Unito, Ettore Bocchia ed il fisico Davide Cassi in Italia[3], Dani Garcìa e l'anatomo-patologo Raimundo Garcia del Moral in Spagna[4].
Il suo utilizzo principale è legato alla produzione del gelato estemporaneo[5], che, dal 2006 in Italia (primo paese al mondo) viene servito anche in alcune gelaterie[6].
Altre preparazioni della cucina contemporanea utilizzano il raffreddamento ultrarapido, ottenuto mediante l'immersione in azoto liquido dei cibi, per creare nuove consistenze, o contrasti di temperatura e consistenza tra l'interno e l'esterno degli alimenti.
Industria chimica |
Anche diversi prodotti chimici subiscono la macinazione a bassa temperatura; si tratta di una tecnica che viene impiegata soprattutto per le materie plastiche, i farmaci e gli insetticidi.
Diverse reazioni chimiche in cui compaiono specie particolarmente instabili richiedono un attento controllo della temperatura; in questi casi si può usare l'azoto liquido per il raffreddamento del reattore.
Ricerca scientifica |
In numerosi campi della ricerca scientifica è necessario operare a basse temperature e l'azoto liquido si dimostra il mezzo più conveniente per soddisfare questo bisogno quando la temperatura richiesta non è inferiore a -192 °C. Per esempio viene usato nello studio dei superconduttori e in tutte le loro applicazioni (SQUID, NMR, acceleratori di particelle, ecc.). Nella diffrazione dei raggi X, se si mantiene il campione a bassa temperatura, si limita il moto vibrazionale e si permette una maggior risoluzione della misura. Anche in spettroscopia e in astronomia si possono ottenere misure a maggior risoluzione grazie all'azoto liquido, questa volta raffreddando il detector per minimizzare il rumore di fondo.
Tecnologie edili |
Nello scavo di tunnel o pozzi in terreni umidi si può adottare l'accorgimento di congelare il terreno per prevenire allagamenti e permettere quindi agli addetti di lavorare in condizioni di maggiore sicurezza.
Metallurgia |
In metallurgia e siderurgia si impiega l'azoto liquido per raffreddare le scorie, per la tempra criogenica, nel calettamento e in particolari tecniche di estrusione.
Nei sistemi di taglio laser, l'azoto liquido viene utilizzato come stoccaggio per poterne usufruire durante il processo di taglio di grandi quantità allo stato gassoso.
Tecnologie ambientali |
L'azoto liquido può essere usato con buoni risultati per condensare e quindi trattenere le emissioni di composti organici volatili negli impianti manifatturieri. Questa tecnica, nonostante sia ancora poco economica, si prevede che verrà sempre più spesso impiegata con lo scopo di migliorare ulteriormente gli standard di qualità dell'aria nelle zone industriali.
Tecnologie mediche |
Nella chirurgia dermatologica, la crioterapia ha dimostrato di essere una buona alternativa al laser o alla chirurgia classica nel trattamento di numerose patologie. Insieme all'anidride carbonica, l'azoto liquido è uno dei criogeni più usati anche in questo campo.
Informatica |
L'azoto liquido è usato come refrigerante in alcuni sistemi di raffreddamento per computer. Per le basse temperature che permette di raggiungere, esso si presta particolarmente bene al raffreddamento di CPU e GPU sottoposte ad overclocking estremi e tensioni elevate, che altrimenti porterebbero all'aumento esponenziale della temperatura e, a lungo andare, renderebbero inutilizzabile l'hardware. Questa tecnica è tutt'oggi usatissima per via dei costi non eccessivi e della facile reperibilità, a differenza dell'elio liquido, molto più costoso, difficile da reperire e conservare.
Note |
^ Azoto liquido
^ U.S.Chemical Safety and Hazard Investigation Board, Hazard of nitrogen asphyxiation safety bulletin,
No. 2003-10-B, 2003.
^ Davide Cassi, Ettore Bocchia, Il gelato estemporaneo e altre invenzioni gastronomiche, Sperling & Kupfer Editori, 2005, ISBN 8820039370
^ Dani García, Técnica y contrastes: Tragabuches, Montagud, 2004, ISBN 8472121089
^ Gelato all'azoto liquido | La Cucina Scientifica di Moebius
^ La Repubblica, 21 maggio 2006, pag.49
Altri progetti |
Altri progetti
- Wikimedia Commons
Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Azoto liquido
Collegamenti esterni |
Azoto liquido, su thes.bncf.firenze.sbn.it, Biblioteca Nazionale Centrale di Firenze.
(EN) Azoto liquido, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
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