Sekilas tentang nitrogen cair

Berhubung tiap hari menggunakan nitrogen cair, ada beberapa hal yang saya rasa menarik untuk didiskusikan di sini. Di antaranya adalah, ketika nitrogen cair menetes di tangan, kok kerasa gak dingin-dingin amat yaaaa, padahal titik didihnya jauh di bawah 0 ^oC. Trus, kalau nitogen cair tumpah, ia akan menggelinding seperti mutiara-mutiara kecil yang berhamburan, kok bisa yaaaa...

Baiklah, saya mulai dengan beberapa properti nitrogen cair dan sedikit tentang sejarahnya. Liquid nitrogen atau nitrogen cair yang biasa ditulis dengan singkatan LN2, merupakan Nitrogen dalam fase cairnya, tentunya pada suhu yang relatif sangat rendah. Nitrogen pertama kali dicairkan di Jagiellonian university pada 15 april 1883 oleh fisikawan Zygmunt Wróblewski dan Karol Olszewski. Nitrogen cair diproduksi dengan destilasi fraksinasi dari udara cair. Naaahh, trus bagaimana cara mencairkan udara ??? mungkin bisa dilakukan dengan metode heat exchenger, seperti pada adsorption chiller, heeee. Saya tau diantara yang ngebaca tulisan ini, ada yang cukup ngerti tentang adsorption chiller, mungkin yang bersangkutan bisa posting di sini ???

Nitrogen Cair

Nitrogen cair berpenampakan bersih tak berwarna sepeti air biasa, dengan kerapatan 0,807 g/mL pada temperatur titik didihnya dengan konstanta dielektrik 1,4. Pada tekanan atmosfer, nitrogen cair mendidih pada temperatur 77 K atau setara dengan -196 ^oC atau -321 ^oF. Ia merupakan cairan cryogenic yang dapat menyebabkan pembekuan dengan cepat apabila kontak dengan jaringan tubuh makhluk hidup, atau yang lebih dikenal dengan frosbite. Apabila ditempatkan pada kontainer khusus, yakni kontainer isolasi seperti botol vakum, dimana panas tidak dapat keluar masuk, maka nitrogen cair dapat disimpan dengan aman.

Jika nitrogen cair terkonversi menjadi gas, maka rasio perbandingan volumenya adalah sekitar 1:694. Kalau seandainya nitrogen cair menguap dengan cepat, mungkin kejadiannya mirip bom kali yaa, dari volume 1 L tiba-tiba jadi 694 L. Ekspansi tersebut akan menurunkan konsentrasi oksigen di sekitarnya atau mungkin sampai ke titik di mana konsentrasi oksigen nol, sehingga orang yang berada di sekitarnya akan mengalami asphyxiant atau sesak nafas akibat kehabisan oksigen dan meninggal dalam waktu 4 menitan. Selain sangat mudah terkonversi menjadi gas, ternyata nitrogen cair juga sangat mudah untuk dipadatkan. Cukup dengan menurunkan temperaturnya sedikit, pada 63 K atau -210 ^oC atau -346 ^oF nitrogen telah berubah ke fasa padatnya. Dengan demikian, ternyata fasa cair nitrogen hanya terjadi pada rentang temperatur yang sempit yakni -210 s/d – 196, kurang lebih 14 derajat. Bandingkan dengan air yang fasa cairnya dari 0 – 100 ^oC, etanol -114,3 – 78,4 ^oC, oksigen -218,79 s/d -182,95 ^oC.

Pengambilan nitrogen cair dari tank

Seperti yang saya utarakan di awal tadi, ketika nitrogen cair tumpah di atas meja lab, kita akan dapat melihatnya menggelinding bebas di atas meja seperti mutiara yang berhamburan beberapa saat sampai akhirnya hilang lenyap sebagai gas, atau ketika nitrogen cair muncrat dan menetes-netes di tangan, kita tidak merasakan dingin yang teramat sangat yang sangat menyakitkan, bahkan mungkin kita akan beranggapan bahwa es batu terasa lebih dingin dari pada nitrogen cair yang menetes di tangan. Kok bisa kayak gitu yaahh?? Harusnya dengan kondisi perbedaan temperatur yang ekstrim, nitrogen akan langsung berubah jadi gas dengan menyerap kalor disekitarnya dan membuat lingkungan sekitarnya sangat dingin. Begitu juga kalau menetes di tangan, secara tiba-tiba kalor dari tangan akan berpindah ke nitrogen cair, seketika itu juga tangan akan merasakan dingin yang teramat sangat.

uap air yang mengembun di saluran nitrogen cair

Tapi ternyata yang terjadi tidak seperti itu, nitrogen cair tidak serta merta menjadi gas jika kontak dengan benda-benda dengan suhu kamar. Nitrogen cair mengalami suatu efek yang dikenal dengan efek Leidenfrost. Efek Leidenfrost adalah suatu fenomena yang hanya terjadi ketika suatu cairan kontak dengan benda yang temperaturnya jauh di atas titik didih cairan tersebut, yakni di antara cairan dan permukaan benda tersebut terbentuk suatu lapisan gas insulator yang menjaga cairan dari segera mendidih atau menguap. Contoh lain dari efek Leidenfrost adalah, celupkan jari anda ke dalam air, dan dalam keadaan basah tersebut, celupkan jari anda ke timbal cair (kira-kira temperaturnya 327,46 ^oC), maka jari anda tidak akan apa-apa. Tapi ingat, efek ini hanya berlaku pada cairan, tidak berlaku pada padatan atau cairan kental seperti lumpur, dan dalam tempo yang sebentar saja. Kalau lama-lama, tetap saja kerasa dingin (dalam kasus nitrogen cair, cryogenic) dan panas (dalam kasus timbal cair) dan mematikan. Aaahh, seandainya tidak ada lapisan isolator itu, tentu tidak akan pernah kita bermain-main dengan nitrogen cair.

*Sebagian sumber diambil dari wikipedia