液体酸素：特性と用途
液体酸素（LOx とも呼ばれる）は分子酸素の液体形態であり、航空宇宙、潜水艦、ガス産業など幅広い分野で使用されています。この記事では、液体酸素の物理的特性と、さまざまな分野におけるその重要な用途について詳しく説明します。
物理的特性
液体酸素のユニークな物理的特性により、さまざまな分野で非常に貴重なものとなっています。液体酸素の主な特性は次のとおりです。
1. 密度と温度
標準大気圧（101.325 kPa）では、液体酸素の密度は1.141 g/cm³で、液体の水の密度よりわずかに高くなります。液体酸素は、凝固点が50.5 K（摂氏 -222.65 度に相当）と非常に低く、沸点は90.188 K（摂氏 -182.96 度に相当）です。このため、液体酸素は極低温条件下で存在することができ、さまざまな用途に適しています。
2. 液化プロセス
液体酸素の工業生産には、通常、分留と呼ばれるプロセスが含まれます。このプロセスでは、空気を圧縮して冷却し、窒素と酸素を分離します。沸点が異なるため、最初に窒素が分離され、比較的純粋な液体酸素が残ります。
3. 外見と魅力
液体酸素は淡いシアン色をしており、強い常磁性を示します。強力な馬蹄形磁石の極の間に吊り下げることができます。
4. 材料の脆化と強力な酸化剤の誘発
液体酸素と接触した物質は、その低温の性質により、極めて脆くなります。さらに、液体酸素は強力な酸化剤であるため、有機物質を急速に燃焼させます。石炭練炭、カーボン ブラックなどの特定の物質は、液体酸素に浸され、炎、火花、または小さな衝撃などの発火源にさらされると、予期せず爆発することがあります。アスファルトを含む石油化学製品では、この現象がよく見られます。
アプリケーション
液体酸素は、さまざまな分野にわたって幅広く応用されています。
以下に主な用途をいくつか紹介します。
1. 医療用途
医療分野では、患者が十分な酸素を供給されるように、酸素療法に液体酸素が利用されています。高高度航空機でも、乗客と乗務員に呼吸用の酸素を供給するために液体酸素が使用されています。
2. 工業製造業
液体酸素の工業的製造には、液体空気の分留が含まれます。膨張比が1:861の液体酸素は、冶金、化学工学、電子機器製造など、現代の工業生産で広く使用されています。多くの工業用途では、常温気化器通常の用途では気体状態に戻ります。
3. 酸化剤
液体酸素は、特にロケット推進において酸化剤として一般的に使用されています。液体酸素は、液体水素、灯油、メタンなどのさまざまな燃料と混合され、大きな推力を生み出し、宇宙船を軌道に乗せます。航空宇宙工学において重要な役割を果たしています。
安全に関する考慮事項
液体酸素は低温で酸化特性があるため、一定のリスクを伴います。液体窒素は液体酸素よりも沸点が低く、液体窒素を入れた容器は空気中の酸素を凝縮する可能性があります。その結果、容器から窒素のほとんどが蒸発した後、残った液体酸素が有機物と激しく反応し、爆発の危険が生じる可能性があります。逆に、液体窒素または液体空気を空気中に放置すると、空気中の酸素が溶解し、窒素が優先的に蒸発するため、酸素が濃縮される可能性があります。
