oxígeno líquido

El oxígeno líquido , a veces abreviado como LOX o LOXygen , es una forma líquida transparente de color cian pálido del dioxígeno O₂ _. Se utilizó como oxidante en el primer cohete de combustible líquido inventado en 1926 por Robert H. Goddard , ^{[ 1 ]} una aplicación que sigue en curso.

El oxígeno líquido tiene un color cian pálido y claro y es fuertemente paramagnético : puede suspenderse entre los polos de un potente imán de herradura . ^{[ 2 ]} El oxígeno líquido tiene una densidad de 1,141 kg/L (1,141 g/ml) , ligeramente más densa que el agua líquida, y es criogénico con un punto de congelación de 54,36 K (−218,79 °C; −361,82 °F) y un punto de ebullición de 90,19 K (−182,96 °C; −297,33 °F) a 1 bar (14,5 psi) . El oxígeno líquido tiene una relación de expansión de 1:861 ^{[ 3 ] [ 4 ]} y debido a esto, se utiliza en algunas aeronaves comerciales y militares como fuente transportable de oxígeno para respirar.          

El oxígeno líquido es también un agente oxidante muy potente: los materiales orgánicos arden rápida y enérgicamente en oxígeno líquido. Además, si se sumergen en oxígeno líquido , algunos materiales como las briquetas de carbón , el negro de humo , etc., pueden detonar de forma impredecible ante fuentes de ignición como llamas, chispas o impactos leves. Los productos petroquímicos , incluido el asfalto , suelen presentar este comportamiento. ^{[ 5 ]}

La molécula de tetraoxígeno ( _O₄ ) fue predicha en 1924 por Gilbert N. Lewis , quien la propuso para explicar por qué el oxígeno líquido desafiaba la ley de Curie . ^{[ 6 ]} Simulaciones informáticas modernas indican que, aunque no existen moléculas estables de O₄ _en el oxígeno líquido, las moléculas de O₂ _tienden a asociarse en pares con espines antiparalelos, formando unidades transitorias de O₄ _. ^{[ 7 ]}

El nitrógeno líquido tiene un punto de ebullición más bajo, de -196  °C (77  K), que el oxígeno, de -183  °C (90  K). Los recipientes que contienen nitrógeno líquido pueden condensar oxígeno del aire: cuando la mayor parte del nitrógeno se ha evaporado, existe el riesgo de que el oxígeno líquido restante reaccione violentamente con la materia orgánica. Por el contrario, el nitrógeno líquido o el aire líquido pueden enriquecerse con oxígeno dejándolos reposar al aire libre; el oxígeno atmosférico se disuelve en ellos, mientras que el nitrógeno se evapora preferentemente.

La tensión superficial del oxígeno líquido en su punto de ebullición a presión normal es de 13,2 dyn/cm (13,2 mN/m) . ^{[ 8 ]}  

En el ámbito comercial, el oxígeno líquido se clasifica como gas industrial y se utiliza ampliamente con fines industriales y médicos. El oxígeno líquido se obtiene del oxígeno presente de forma natural en el aire mediante destilación fraccionada en una planta criogénica de separación de aire .

Las fuerzas aéreas han reconocido desde hace tiempo la importancia estratégica del oxígeno líquido, tanto como oxidante como fuente de oxígeno gaseoso para la respiración en hospitales y vuelos de aeronaves a gran altitud. En 1985, la USAF inició un programa para construir sus propias instalaciones de generación de oxígeno en todas las bases de consumo principales. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

En propulsor de cohetes

El oxígeno líquido es el propulsor oxidante líquido criogénico más común para aplicaciones de propulsión de naves espaciales , generalmente en combinación con hidrógeno líquido , queroseno o metano . ^{[ 11 ] [ 12 ]}

El oxígeno líquido se utilizó en el primer cohete de combustible líquido . El misil V-2 de la Segunda Guerra Mundial también empleó oxígeno líquido bajo los nombres de A-Stoff y Sauerstoff . En la década de 1950, durante la Guerra Fría , tanto los cohetes estadounidenses Redstone y Atlas como el soviético R-7 Semyorka utilizaron oxígeno líquido. Posteriormente, en las décadas de 1960 y 1970, las etapas de ascenso de los cohetes Apolo-Saturno y los motores principales del transbordador espacial emplearon oxígeno líquido.

A partir de 2026, muchos cohetes en funcionamiento utilizarán oxígeno líquido:

• programa espacial chino
  • CASC : Larga Marcha (familia de cohetes)
    • operativo: Larga Marcha -5 , -5B , -6 , -6A , -6C , -7 , -7A , -8 , -8A , -10B , -12 , -12A , -12B
    • en desarrollo : -9 , -10 , -10A
  • Espacio CAS : Kinetica 2
  • Deep Blue Aerospace : Nebula-1 (en desarrollo)
  • Energía Galáctica : Pallas-1 (en desarrollo)
  • i-Space : Hyperbola-3 (en desarrollo)
  • Espacio terrestre : Zhuque-2E , Zhuque-3
  • Orienspace : Gravity-2 (en desarrollo)
  • Época espacial : Yuanxingzhe-1 (en desarrollo)
  • Pionero espacial : Tianlong-2 , Tianlong-3
• Europa
  • Agencia Espacial Europea : Ariane 6
  • Isar Aerospace : Spectrum (en desarrollo)
  • PLD Space : Miura 5 (en desarrollo)
  • Fábrica de cohetes de Augsburgo : RFA One (en desarrollo)
• Organización India de Investigación Espacial : GSLV , LVM3
• JAXA (Japón): H3
• Instituto Coreano de Investigación Aeroespacial : Nuri
• Roscosmos (Rusia): Soyuz-2 , Angara , Soyuz-5
• Estados Unidos
  • Blue Origin : New Glenn
  • Firefly Aerospace : Firefly Alpha
  • NASA : Sistema de Lanzamiento Espacial
  • Northrop Grumman : Antares 300 (en desarrollo)
  • Espacio de relatividad : Terran R (en desarrollo)
  • Rocket Lab : Electron , Neutron (en desarrollo)
  • SpaceX : Falcon 9 , Falcon Heavy , Starship
  • Stoke Space : Nova (en desarrollo)
  • Alianza Unida de Lanzamiento : Atlas V , Vulcano

• Para 1845, Michael Faraday había logrado licuar la mayoría de los gases conocidos hasta entonces. Sin embargo, seis gases resistieron todos los intentos de licuefacción ^{[ 13 ]} y eran conocidos en ese momento como " gases permanentes ". Eran oxígeno, hidrógeno , nitrógeno , monóxido de carbono , metano y óxido nítrico .
• En 1877, Louis Paul Cailletet en Francia y Raoul Pictet en Suiza lograron producir las primeras gotas de aire líquido. ^{[ 14 ]}
• En 1883, los profesores polacos Zygmunt Wróblewski y Karol Olszewski produjeron la primera cantidad medible de oxígeno líquido. ^{[ 15 ]}

• Schmidt, Eckart W. (2022). "Oxígeno". Enciclopedia de oxidantes . De Gruyter. págs. 3053– 3218. doi : 10.1515/9783110750294-025 . ISBN  978-3-11-075029-4.