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L'aria è composta per l'80% da azoto e per il 20% da ossigeno ei punti di ebollizione di entrambi gli elementi sono diversi: il punto di ebollizione dell'ossigeno è di -183 gradi Celsius e quello dell'azoto è compreso tra -196 gradi Celsius. Questa proprietà fisica, di contenere diversi punti di ebollizione, viene utilizzata per separarli. Fondamentalmente l'aria viene raffreddata al punto in cui l'ossigeno diventa liquido. L'ossigeno liquefatto viene facilmente separato dal resto del gas e il resto viene nuovamente raffreddato per produrre azoto liquido.
Il processo Linde
Il processo Linde utilizza l'effetto Joule-Thomson per liquefare azoto e ossigeno dall'aria e sarai in grado di vederlo a casa tua quando rilasci il contenuto delle bombolette spray. Noterai che quando il gas esce dalla lattina, si raffredda. Il processo di Linde utilizza continuamente l'effetto Joule-Thomson (comprimendo ed espandendo l'aria ripetutamente), che alla fine fa sì che l'aria raggiunga il suo punto di ebollizione, diventi liquida e separata dagli altri gas. La spiegazione termodinamica di ciò è che, man mano che il gas si espande, le molecole acquisiscono energia potenziale e perdono energia cinetica - una diminuzione dell'energia cinetica significa che le molecole si muoveranno più lentamente e avranno meno collisioni e, quindi, la temperatura è più piccola. Dopo questa diminuzione, è importante che il sistema sia isolato in modo da non scambiare calore con l'ambiente circostante.
Non solo azoto e ossigeno
L'aria contiene anche argon e altri gas nobili in quantità minori, come neon, elio, kripton e xeno, è importante notare che le aziende che vendono ossigeno e azoto liquido vendono anche argon. L'aria, ovviamente, contiene anche anidride carbonica e idrogeno, ma sono ottenuti da altri processi industriali.
