Sıvı Nitrojen; dünya atmosferinin yaklaşık %78ini oluşturan, renksiz ve kokusuz bir gaz olan nitrojen gazının sıvılaştırılmasıyla oluşur. Nitrojenin diğer bir adı da Azottur.
Sıvı Nitrojen nitrojen gazının soğutulmasıyla elde edilir. Bu işleme yoğuşma denir.
Su buharı, 1atm basınç altında, 100°Cde kaynar; yani 100°Cnin altında yoğunlaşarak suya dönüşür. Ancak nitrojenin kaynama noktası -196°C olan bir maddedir ve başka bir deyişle yoğuşma işlemi içn nitrtojen gazının -196°Cye kadar soğutmak gerekir. Tam da bu konuyla yani düşük sıcaklıkların elde edilmesi, ölçülmesi ve kullanılması ile Kriyojenik olarak adlandırılan bilim dalı ilgilenir.
Soğutma İşlemi
Maddeler çok düşük sıcaklıklara kadar nasıl soğutulur sorusunun cevabını anlayabilmek için ilk olarak gazlarla ilgili 1-2 temel prensibin bilinmesi gerekir. Öncelikle gazlar sıkıştırıldıkları zaman ısınırlar, eğer bunun tam tersini düşünecek olursak genleşen gazlar ise soğurlar; bu etki Joule-Thomson etkisi olarak da bilinir.
Öyleyse, nitrojen gazının önce sıkıştırılması gerekir, daha sonra da sıkıştırılırken ısınan bu gaz soğutulmalıdır. Ardından elde edilen bu küçük hacimli ve soğuk gaz aniden genleştirilmelidir. Gaz genleşirken daha da soğur ve bu sırada sıvılaşır. Elbette bu genleşme işleminin iyi yalıtılmış bir ortamda yapılması gerekir aksi halde hava dış ortamdan ısı alarak denge sıcaklığına ulaşır.
Ayrıştırma İşlemi
Elde edilen sıvının içinde nitrojenle (~%78) birlikte oksijen(~%21) de vardır. Sonraki aşamada bu maddelerin ayırılması gerekir. Sıvı haldeki oksijenin kaynama noktası (-186.9°C) sıvı nitrojene göre daha yüksektir; öyleyse bu sayede damıtma yöntemi ile birbirlerinden ayrılabilirler. Bu işlem 20.yyın başlarında Dr. Carl von Linde ve William Hampson tarafından geliştirilmiştir.
Ancak oksijen ve azottan dışında havada başka gazlar da vardır. Bu önemli bir sorun işleme başlamadan önce havanın filtrelerden geçirilerek toz, nem, karbondioksit ve diğer gazlardan arındırılması ile aşılır.
Sıvı Nitrojen Kullanım Alanları
Sıvı Nitrojenin kullanıldığı yerlerin en başında laboratuarlarda biyolojik örneklerin saklanması(yumurta, sperm bankaları, vs.) ve yiyeceklerin dondurulmuş halde uzak mesafelere taşınması gelir. Ayrıca, deri cerrahisi ve akne tedavisinde faydalanılan sıvı nitrojen CCD algılayıcıların soğutularak verimliliğinin arttırılmasında ve bilgisayarlarda performans arttırma amacıyla yapılan overclocking işlemi sırasında çok ısınan işlemcinin soğutulmasında da kullanılır.
Kimyagerler ise sıvı nitrojeni genellikle laboratuvardaki pompa tuzaklarında soğutucu olarak kullanır. Bu sayede hem vakum pompaları kimyasalların buharından korunmuş olur hem de vakum verimliliği artar. Ayrıca laboratuvarlarda çıkabilecek ufak yangınların söndürülebilmesi içinde oldukça kullanışlıdır.