Flüssiger Sauerstoff

Flüssiger Sauerstoff , manchmal auch als LOX oder LOXygen abgekürzt , ist eine klare, blasscyanfarbene flüssige Form von Disauerstoff O ₂ . Er wurde als Oxidationsmittel in der ersten flüssigkeitsbetriebenen Rakete verwendet, die 1926 von Robert H. Goddard erfunden wurde , ^{[ 1 ]} eine Anwendung, die bis heute andauert.

Flüssiger Sauerstoff ist klar, hellcyan und stark paramagnetisch : Er kann zwischen den Polen eines starken Hufeisenmagneten schweben . ^{[ 2 ]} Seine Dichte beträgt 1,141 kg/L (1,141 g/ml) und ist damit etwas höher als die von flüssigem Wasser. Er ist kryogen mit einem Gefrierpunkt von 54,36 K (−218,79 °C; −361,82 °F) und einem Siedepunkt von 90,19 K (−182,96 °C; −297,33 °F) bei 1 bar (14,5 psi). Aufgrund seines Expansionsverhältnisses von 1:861 ^{[ 3 ] [ 4 ]} wird flüssiger Sauerstoff in einigen zivilen und militärischen Flugzeugen als transportable Sauerstoffquelle für die Atemluft eingesetzt.

Flüssiger Sauerstoff ist zudem ein sehr starkes Oxidationsmittel: Organische Materialien verbrennen in flüssigem Sauerstoff schnell und mit hoher Energie. Darüber hinaus können einige Materialien wie Kohlebriketts , Ruß usw., die in flüssigem Sauerstoff getränkt sind, durch Zündquellen wie Flammen, Funken oder leichte Stöße unvorhersehbar detonieren . Petrochemikalien , einschließlich Asphalt , zeigen dieses Verhalten häufig. ^{[ 5 ]}

Das Tetraoxygenmolekül (O₄ ₎ wurde 1924 von Gilbert N. Lewis vorhergesagt , der es vorschlug, um zu erklären, warum flüssiger Sauerstoff dem Curie-Gesetz widerspricht . ^{[ 6 ]} Moderne Computersimulationen zeigen, dass es zwar keine stabilen O₄-Moleküle in flüssigem Sauerstoff gibt _, O₂- _Moleküle jedoch dazu neigen, sich paarweise mit antiparallelen Spins zu assoziieren und so kurzlebige O₄ _- Einheiten zu bilden. ^{[ 7 ]}

Flüssiger Stickstoff hat mit −196 °C (77 K) einen niedrigeren Siedepunkt als Sauerstoff mit −183 °C (90 K). Behälter mit flüssigem Stickstoff können Sauerstoff aus der Luft kondensieren. Verdampft der größte Teil des Stickstoffs aus einem solchen Behälter, besteht die Gefahr, dass der verbleibende flüssige Sauerstoff heftig mit organischen Materialien reagiert. Umgekehrt kann flüssiger Stickstoff oder flüssige Luft mit Sauerstoff angereichert werden, indem man sie an der Luft stehen lässt; der Luftsauerstoff löst sich darin, während Stickstoff bevorzugt verdampft.

Die Oberflächenspannung von flüssigem Sauerstoff am Siedepunkt bei normalem Druck beträgt 13,2 dyn/cm (13,2 mN/m). ^{[ 8 ]}

Im Handel wird flüssiger Sauerstoff als Industriegas eingestuft und findet breite Anwendung in Industrie und Medizin. Er wird durch fraktionierte Destillation des natürlich in der Luft vorkommenden Sauerstoffs in einer kryogenen Luftzerlegungsanlage gewonnen .

Die Luftstreitkräfte haben die strategische Bedeutung von flüssigem Sauerstoff seit langem erkannt, sowohl als Oxidationsmittel als auch als Versorgung mit gasförmigem Sauerstoff für die Atemluft in Krankenhäusern und bei Höhenflügen. 1985 begann die US-Luftwaffe ein Programm zum Bau eigener Sauerstofferzeugungsanlagen an allen wichtigen Verbrauchsstützpunkten. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Flüssiger Sauerstoff ist der am häufigsten verwendete kryogene flüssige Oxidationsmitteltreibstoff für Raumfahrzeugantriebe , üblicherweise in Kombination mit flüssigem Wasserstoff , Kerosin oder Methan . ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Flüssiger Sauerstoff wurde in der ersten Rakete mit Flüssigtreibstoff verwendet . Auch die V-2- Rakete aus dem Zweiten Weltkrieg nutzte flüssigen Sauerstoff, damals unter den Bezeichnungen A-Stoff und Sauerstoff . In den 1950er-Jahren, während des Kalten Krieges, verwendeten sowohl die US-amerikanischen Redstone- und Atlas- Raketen als auch die sowjetische R-7 Semyorka flüssigen Sauerstoff. Später, in den 1960er- und 1970er-Jahren, kamen flüssiger Sauerstoff in den Aufstiegsstufen der Apollo-Saturn-Raketen und den Haupttriebwerken des Space Shuttles zum Einsatz.

Ab 2026 verwenden viele aktive Raketen flüssigen Sauerstoff:

• Chinesisches Raumfahrtprogramm
  • CASC : Langer Marsch (Raketenfamilie)
    • betriebsbereit: Langer Marsch -5 , -5B , -6 , -6A , -6C , -7 , -7A , -8 , -8A , -12 , -12A , -12B
    • In Entwicklung : -9 , -10 , -10A , -10B
  • CAS-Raum : Kinetica 2
  • Deep Blue Aerospace : Nebula-1 (in Entwicklung)
  • Galaktische Energie : Pallas-1 (in Entwicklung)
  • i-Space : Hyperbola-3 (in Entwicklung)
  • LandSpace : Zhuque-2E , Zhuque-3
  • Orienspace : Gravity-2 (in Entwicklung)
  • Weltraumepoche : Yuanxingzhe-1 (in Entwicklung)
  • Weltraumpionier : Tianlong-2 , Tianlong-3
• Europa
  • Europäische Weltraumorganisation : Ariane 6
  • Isar Aerospace : Spectrum (in Entwicklung)
  • PLD Space : Miura 5 (in Entwicklung)
  • Raketenfabrik Augsburg : RFA One (in Entwicklung)
• Indische Weltraumforschungsorganisation : GSLV , LVM3
• JAXA (Japan): H3
• Koreanisches Institut für Luft- und Raumfahrtforschung : Nuri
• Roskosmos (Russland): Sojus-2 , Angara , Sojus-5
• Vereinigte Staaten
  • Blue Origin : New Glenn
  • Firefly Aerospace : Firefly Alpha
  • NASA : Space Launch System
  • Northrop Grumman : Antares 300 (in Entwicklung)
  • Relativity Space : Terran R (in Entwicklung)
  • Rocket Lab : Electron , Neutron (in Entwicklung)
  • SpaceX : Falcon 9 , Falcon Heavy , Starship
  • Stoke Space : Nova (in Entwicklung)
  • United Launch Alliance : Atlas V , Vulcan

• Bis 1845 war es Michael Faraday gelungen, die meisten damals bekannten Gase zu verflüssigen. Sechs Gase widersetzten sich jedoch allen Verflüssigungsversuchen ^{[ 13 ]} und wurden zu jener Zeit als „ permanente Gase “ bezeichnet. Es handelte sich um Sauerstoff, Wasserstoff , Stickstoff , Kohlenmonoxid , Methan und Stickstoffmonoxid .
• Im Jahr 1877 gelang es Louis Paul Cailletet in Frankreich und Raoul Pictet in der Schweiz, die ersten Tropfen flüssiger Luft herzustellen. ^{[ 14 ]}
• Im Jahr 1883 stellten die polnischen Professoren Zygmunt Wróblewski und Karol Olszewski erstmals eine messbare Menge flüssigen Sauerstoffs her. ^{[ 15 ]}

• Schmidt, Eckart W. (2022). "Sauerstoff". Enzyklopädie der Oxidationsmittel . De Gruyter. S.  3053–3218 . doi : 10.1515/9783110750294-025 . ISBN 978-3-11-075029-4Die