Azoto liquido

Serbatoio contenente azoto liquido

L'azoto liquido, o meglio N₂ 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.

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 (-195,80 °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 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.

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, Dani Garcìa e l'anatomo-patologo Raimundo Garcia del Moral in Spagna.

Il suo utilizzo principale è legato alla produzione del gelato estemporaneo, che, dal 2006 in Italia (primo paese al mondo) viene servito anche in alcune gelaterie.

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.

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