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El oxígeno líquido , a veces abreviado como LOX o LOXygen , es una forma líquida cian transparente de dioxígeno O2 . Se utilizó como oxidante en el primer cohete propulsado por líquido inventado en 1926 por Robert H. Goddard , [1] una aplicación que ha continuado hasta el presente.
El oxígeno líquido tiene un color cian claro y es fuertemente paramagnético : puede suspenderse entre los polos de un potente imán de herradura . [2] El oxígeno líquido tiene una densidad de 1,141 kg/L (1,141 g/ml), ligeramente más denso que el agua líquida, y es criogénico con un punto de congelación de 54,36 K (−218,79 °C; −361,82 °F) y un punto de ebullición de 90,19 K (−182,96 °C; −297,33 °F) a 1 bar (15 psi). El oxígeno líquido tiene una relación de expansión de 1:861 [3] [4] y debido a esto, se utiliza en algunos aviones comerciales y militares como fuente transportable de oxígeno respirable.
Debido a su naturaleza criogénica, el oxígeno líquido puede hacer que los materiales que toca se vuelvan extremadamente frágiles. El oxígeno líquido también es un agente oxidante muy poderoso: los materiales orgánicos se quemarán rápidamente y enérgicamente en oxígeno líquido. Además, si se sumergen en oxígeno líquido , algunos materiales como las briquetas de carbón, el negro de carbón , etc., pueden detonar de manera impredecible a partir de fuentes de ignición como llamas, chispas o impacto de golpes ligeros. Los productos petroquímicos , incluido el asfalto , a menudo presentan este comportamiento. [5]
La molécula de tetraoxígeno (O 4 ) fue predicha por primera vez en 1924 por Gilbert N. Lewis , quien la propuso para explicar por qué el oxígeno líquido desafiaba la ley de Curie . [6] Las simulaciones por computadora modernas indican que, aunque no hay moléculas de O 4 estables en el oxígeno líquido, las moléculas de O 2 tienden a asociarse en pares con espines antiparalelos, formando unidades transitorias de O 4. [7]
El nitrógeno líquido tiene un punto de ebullición más bajo (−196 °C (77 K)) que el oxígeno (−183 °C (90 K), y los recipientes que contienen nitrógeno líquido pueden condensar el oxígeno del aire: cuando la mayor parte del nitrógeno se ha evaporado de un recipiente de este tipo, existe el riesgo de que el oxígeno líquido restante pueda reaccionar violentamente con la materia orgánica. Por el contrario, el nitrógeno líquido o el aire líquido pueden enriquecerse con oxígeno dejándolos al aire libre; el oxígeno atmosférico se disuelve en ellos, mientras que el nitrógeno se evapora preferentemente.
La tensión superficial del oxígeno líquido en su punto de ebullición a presión normal es de 13,2 dinas/cm. [8]
En el comercio, el oxígeno líquido se clasifica como un gas industrial y se utiliza ampliamente con fines industriales y médicos. El oxígeno líquido se obtiene del oxígeno que se encuentra naturalmente en el aire mediante destilación fraccionada en una planta criogénica de separación de aire .
Las fuerzas aéreas reconocen desde hace tiempo la importancia estratégica del oxígeno líquido, tanto como oxidante como suministro de oxígeno gaseoso para respirar en hospitales y vuelos de aeronaves a gran altitud. En 1985, la USAF inició un programa de construcción de sus propias instalaciones de generación de oxígeno en todas las principales bases de consumo. [9] [10]
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El oxígeno líquido es el propulsor oxidante líquido criogénico más común para aplicaciones de cohetes espaciales , generalmente en combinación con hidrógeno líquido , queroseno o metano . [11] [12]
El oxígeno líquido se utilizó en el primer cohete propulsado por líquido . El misil V-2 de la Segunda Guerra Mundial también utilizó oxígeno líquido bajo el nombre de A-Stoff y Sauerstoff . En la década de 1950, durante la Guerra Fría , tanto los cohetes Redstone y Atlas de Estados Unidos como el R-7 Semyorka soviético utilizaron oxígeno líquido. Más tarde, en las décadas de 1960 y 1970, las etapas de ascenso de los cohetes Saturno del Apolo y los motores principales del transbordador espacial utilizaron oxígeno líquido.
A partir de 2024, muchos cohetes activos utilizan oxígeno líquido:
"Vamos a hacer metano", anunció Musk mientras describía sus planes futuros para vehículos de lanzamiento reutilizables, incluidos aquellos diseñados para llevar astronautas a Marte dentro de 15 años, "El costo energético del metano es el más bajo y tiene una ligera ventaja de Isp (impulso específico) sobre el queroseno", dijo Musk y agregó, "y no tiene el factor de dolor en el trasero que tiene el hidrógeno". ... El plan inicial de SpaceX será construir un cohete lox/metano para una futura etapa superior con nombre en código Raptor. ... Es probable que el nuevo motor de la etapa superior Raptor sea solo el primer motor de una serie de motores lox/metano.