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Video: Wie man flüssigen Stickstoff macht

Von / 27. November 2019 / 15 Kommentare
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Ich verbrauche vermutlich mehr flüssigen Stickstoff als ein durchschnittlicher Mensch. Denn mit der fast -200 Grad Celsius kalten Flüssigkeit kann man wirklich coole Dinge und Experimente machen. Weswegen ich es immer gerne bei den Bühnenshows der Science Busters verwende. Aufzutreiben ist es ein wenig schwierig. Stickstoff an sich ist ja nicht teuer; fasr 80 Prozent der Luft bestehen daraus. Aber dort ist der Stickstoff gasförmig und ihn flüssig zu bekommen ist nicht so einfach. Und wenn er dann mal flüssig ist, muss er aufbewahrt werden und das ist das, was wirklich teuer ist. Wenn man irgendwo flüssigen Stickstoff kauft (was nicht weiter kompliziert ist; da gibt es viele Firmen), dann bezahlt man vor allem für die Lieferung und die Miete/Kaution für das Dewargefäß in dem er aufbewaht wird.

Anderes kaltes Zeug zu Showzwecken kann man recht einfach selbst herstellen; Trockeneis (also festes Kohlendioxid mit -80 Grad Celsius) kann man ohne großen Aufwand produzieren und muss sich auch bei der Aufbewahrung nicht wahnsinnig anstrengen. Aber die Verflüssigung von Stickstoff ist nicht trivial, wie Derek Muller vom YouTube-Kanal Veritasium demonstriert. Ich vermute, nicht jeder hat einen “Stirling Cryokühler” oder eine “Stickstoffmembran” zuhause rumliegen, aber wenn doch, dann könnt ihr der Anleitung von Muller folgen und euren eigenen flüssigen Stickstoff herstellen:

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Kommentare (15)

  1. #1 Uli Schoppe
    27. November 2019

    Na Dewargefäße habe ich aber eine ganze Reihe zu Hause 😉

  2. #2 Karl-Heinz
    27. November 2019

    @Uli Schoppe

    Wird so ein Dewargefäß ganz fest verschlossen oder muss man es ein bisschen geöffnet lassen, damit ein kleiner Teil vom flüssigem Stickstoff verdunsten kann und damit sich selbst kühlt? Baut sich Druck im Gefäß auf?

  3. #3 PDP10
    27. November 2019

    @Karl-Heinz:

    Ja. Immer nur ein lose aufliegender Styropor-Deckel. So war das jedenfalls bei uns damals.

  4. #4 Karl-Heinz
    27. November 2019

    @PDP10

    Was passiert, wenn sagen wir der Raum schlecht belüftet ist und es verdunstet sehr viel flüssiger Stickstoff. Bin ich dann tot?

  5. #5 PDP10
    27. November 2019

    @Karl-Heinz:

    Da du sowieso knapp 80% Stickstoff in der Luft hast?
    Glaube ich eher nicht 🙂
    Obwohl: In einem sehr kleinen, luftdichten Raum mit einem großen Eimer Stickstoff? Da das beim Warmwerden unter Umständen sehr schnell das 36fache Volumen annimmt .. das würde ich eher nicht machen … 🙂

    Anekdote:

    Als ich Tutor war im Physik-Praktikum für Nebenfächler, haben wir uns für einen bestimmten Versuch in dem es um Wärmekapazität ging immer so einen Eimer Stickstoff geholt. Erstens war das natürlich cool damit ein bisschen rum zu spielen und zweitens konnte man da auch was durch anfassen lernen:

    Wir haben dann immer einen kleinen Eimer mit Eiswasser befüllt und einen mit Stickstoff und dann gefragt ob jemand mutig genug ist, mal in beide nacheinander die Hand rein zu halten.
    Bei Eiswasser wirds natürlich sofort kalt. Bei Stickstoff nicht. (Nur nicht die Hand zu lange reinhalten!!! Nur ein oder zwei Sekunden!).
    Logisch: Der Stickstoff verdampft sofort an der warmen Oberfläche der Hand und gasförmiges N2 hat halt nunmal eine extrem miese Wärmekapazität. Anders als flüssiges Wasser. Da wirds sofort kalt obwohl das Eiswasser nur knapp 4° hat und der flüssige Stickstoff ca. -200 … 🙂

    BTW: Wenn am Ende noch einigermaßen viel flüssiger Stickstoff übrig war, haben wir das in dem Laborraum auch einfach mal auf den Boden gekippt, weils halt so cool perlt und Dampf macht. Umgekippt ist da meines Wissens nie einer 🙂

  6. #6 Karl-Heinz
    27. November 2019

    @PDP10

    Danke für deine anschauliche Erfahrung. OK, Stickstoff ist ja ein bisschen leichter als Luft und damit nicht so gefährlich wie CO2. Beim Schlafen gehen würde ich, wenn es keine andere Möglichkeit gebe, das Dewargefäß mit flüssigem Stickstoff auf den Balkon stellen. Bin halt vorsichtig und traue den tödlichen Frieden nicht. Würde mich echt interessieren wo FF seinen flüssigen Stickstoff aufbewahrt. Immerhin lebt er noch. 😉

  7. #7 Karl-Heinz
    27. November 2019

    @PDP10

    Wir haben dann immer einen kleinen Eimer mit Eiswasser befüllt und einen mit Stickstoff und dann gefragt ob jemand mutig genug ist, mal in beide nacheinander die Hand rein zu halten.

    Habt ihr auch darauf geachtet, dass niemand einen metallische Ringe trägt? 😉

  8. #8 tomtoo
    28. November 2019

    Irgentwie muss das ganze ja mit Astronomie zu tun haben, ihr kennt doch @Florian. Nur Stickstoff Softeis ist zu wenig.
    Und siehe da, diese Cryocooler haben Handfeste Anwendungen in der Radioastronomie.
    https://www.oxcryo.com/content/gifford-mcmahon-cryocoolers

  9. #9 Bullet
    28. November 2019

    Flüssiger Sauerstoff ist viel cooler. [Natürlich nicht im wörtlichen Sinn, Sauerstoff siedet erst bei -183 °C, kann also im flüssigen Zustand ganze 13 Kelvin wärmer sein als Stickstoff.]
    Allerdings auch etwas gefährlicher. Wenn man eine Zigarre in flüssigen Sauerstoff schmeißt und etwas wartet, bis sich das Ding vollgesaugt hat, kann man sie zwar anzünden, aber sie brennt recht schnell ab. Mit violetter Flamme, die 5mm Stahl schneidet wie Butter.
    Was PDP mit dem Stickstoff gemacht hat, geht natürlich auch mit Sauerstoff: unser tutor hat sich den über die Hand laufen lassen. Allerdings auch nur in kleinen Schlückchen. Man konnte da auch sehen, daß sich sofort auf der Haut ein Gaspolster gebildet hat.

  10. #10 Engywuck
    29. November 2019

    flüssigen Stickstoff kann man problemlos über die Hand laufen lassen – Ringe und Uhr müssen natürlich weg, und auch nicht in die hohle Hand…

    Flüssiger Stickstoff ist abgesehen von den tiefen Temperaturen nicht ganz ungefährlich. Das Verdampfen wurde ja schon angesprochen: 1 Liter flüssiger Stickstoff verdampft zu etwa 650 bis 700 Litern Gas. Fest verschlossene Gefäße explodieren also irgendwann und wenn man Flüssigstickstoff im Auto transportiert sollte man ihn extrem gut gegen Umfallen sichern und ein Cabrio nutzen… (oder wenigstens alle Fenster offen haben). Aus demselben Grund war es uns auch nicht erlaubt, mit Flüssigstickstoff Aufzug zu fahren.
    Da man Flüssigstickstoff offen stehen lassen soll gibt dann aber ein ganz anderes Problem: mit der Zeit kondensiert Sauerstoff ein (hat wie Bullet schon schrub einen höheren Siedepunkt als Stickstoff, wird deswegen von diesem verflüssigt). Dem kann man durch Abdecken partiell begegnen, aber irgendwann ist so viel ins Dewargefäß einkondensiert, dass man die Flüssigkeit lieber nicht mit organischen Stoffen in Kontakt bringt…
    (Apropos: die schnellste Methode, einen (Holzkohle-)Grill anzuzünden ist meines Wissens immer noch, flüssigen Sauerstoff drüberzuleeren. Da brennt dann auch das Metall mit :-))

    Beliebt war zu Studentenzeiten auch immer das “Blubbermonster”: Waschbecken einige Zentimeter mit lauwarmem Wasser füllen, Spüli dazu und dann die Reste Flüssigstickstoff reinkippen. Der Rekord waren mal etliche Quadratmeter Schaum auf dem Boden…

    Auch spaßig, aber nicht ganz ungefährlich: Reagenzglas in den Flüssigstickstoff und Erdgas einkondensieren. Dann aus dem Stickstoff und gerade so weit erwärmen lassen, dass das verflüssigte Gas angezündet werden kann. Wenn man das Reagenzglas dann auskippt spritzen aufgrund des Leidenfrost-Effekts dann brennende Flüssiggas-Perlen durch den ganzen Raum. Lässt sich sicher auch anders realisieren, aber wenn man noch Reste LN2 übrig hat…. 😉

  11. #11 bote
    29. November 2019

    Es ist immer wieder überraschend, wie sich Festkörper bei niedrigen Temperaturen verhalten.
    Ein sehr hartes Messer zerspringt bei großer Kälte , wenn es auf einen Stein fällt.
    Biegsame Kunstoffe zersplittern.

  12. #12 Till
    30. November 2019

    @Karl-Heinz: Was passiert, wenn sagen wir der Raum schlecht belüftet ist und es verdunstet sehr viel flüssiger Stickstoff. Bin ich dann tot?

    JA!!!

    Da du sowieso knapp 80% Stickstoff in der Luft hast?
    Glaube ich eher nicht

    Das ist Unsinn: Flüssiger Stickstoff in geschlossenen Räumen ist gefährlich!!!

    Man erstickt ohne Luftnot zu verspüren, da der Körper Luftnot über eine zu hohe CO2 Konzentration im Blut misst und nicht über fehlenden Sauerstoff. D.h. wenn der Sauerstoff im Raum vom Stickstoff verdrängt wurde (genauer bei Sauerstoffkonzentrationen unter ca 6%), kippt man irgendwann ohne Luftnot zu verspüren um.

    Wenn flüssiger Stickstoff verdampft entsteht sehr VIEL Gas: 17.5 Liter flüssiger Stickstoff ergeben 1 Million Liter (= 1000 Kubikmeter oder 10 x 10 x 10 Meter) Gas *. D.h. man kann einen durchschnittlichen Hörsaal mit einem Farbeimer voll flüssigem Stickstoff komplett füllen. Für ein normales Zimmer (5 x 5 x 2.5m) reichen schon ca 1 Liter Stickstoff. Deshalb sollte man flüssigen Stickstoff immer nur in gut belüfteten Räumen verwenden.

    * Hier zum Nachrechnen: 1mol molekularer Stickstoff (N2) entspricht laut Definition einem Kubikmeter Gas. N2 hat ein Molekulargewicht von 14 (2×7) g/mol, d.h. 14000g (14kg) flüssiger Stickstoff entsprechen 1000 Kubikmetern (=1 Million Liter) Gas. Flüssiger Stickstoff hat eine Dichte von 0.8 d.h. 14 kg sind 17.5 Liter

  13. #13 Karl-Heinz
    30. November 2019

    @Till

    17.5 Liter flüssiger Stickstoff ergeben 1 Million Liter (= 1000 Kubikmeter oder 10 x 10 x 10 Meter) Gas

    Ich glaube das ist zuviel. Wie alle Stoffe dehnt sich Stickstoff beim Sieden stark aus. Sein Volumen steigt beim Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand bei Raumtemperatur um den Faktor 694. Aber mit dem Ersticken hast du vollkommen recht. Man erstickt ohne Luftnot zu verspüren was echt heimtückisch ist. Also meine Lieben, kraxeln in ein Behältnis oder Grube ohne Sauerstoffmessgerät kann tödlich enden.

  14. #14 PDP10
    30. November 2019

    @Till:

    Flüssiger Stickstoff in geschlossenen Räumen ist gefährlich!!!

    Wie ich im nächsten Absatz auch geschrieben habe …

    Hier zum Nachrechnen: 1mol molekularer Stickstoff (N2) entspricht laut Definition einem Kubikmeter Gas.

    Äh … laut welcher “Definition”?
    Ich erinnere mich irgendwann gelernt zu haben, dass das Mol-Volumen eines näherungsweise idealen Gases bei Normbedingungen 22,irgendwas l/mol ist … ???

  15. #15 bombjack
    4. Dezember 2019

    Zwei Links:
    a) LED Farbänderung in fl. Stickstoff…
    https://illumina-chemie.de/forentreffen-2013—ein-rueckblick-t3545.html
    ungefähr in die Mitte scrollen…

    b) LOX mit fl. Stickstoff
    https://illumina-chemie.de/fluessiger-sauerstoff-(lox)-t3338.html
    Geht auch nur mit einer Kühlfalle ohne den Ballon-Aufwand (der eh nichts bringt)….

    Ansonsten habe ich regelmäßig wenn ich bei Pfadfinder-Aktionen bin, einen 12.5 L Dewar dabei für fl. Stickstoff-Eis und zum Rumspielen….

    Zum Erdgas…..habe da mal Propan fest werden lassen = Propaneis, verhielt sich beim anzünden dann wie fl. Alkan d.h. ist erst geschmolzen und die Flüssigkeit hat gebrannt.

    bombjack