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[[Datei:Liquid nitrogen tank.JPG|mini|hochkant|Ein Versorgungstank mit Flüssigstickstoff für [[Kryokonservierung]]]]
[[Datei:Liquid nitrogen dsc04496.jpg|mini|Siedender Flüssigstickstoff in einem tassenförmigen Behälter]]
[[Datei:Fluessiger Stickstoff.jpg|mini|Flüssiger Stickstoff beim Umfüllen]]
'''Flüssigstickstoff''' ({{enS|''liquid nitrogen''}}, '''LN''' oder '''LN<sub>2</sub>''') ist [[Stickstoff]] in flüssigem [[Aggregatzustand]], der unter [[Normaldruck]] bei 77 K (−196 °C) [[Sieden|siedet]]. Die klare, farblose Flüssigkeit hat eine Dichte von 0,8061 g/ml am Siedepunkt<ref>[https://www.wolframalpha.com/input?key=&i=nitrogen+density+at+77.35+K+and+1013.25+mbar Wolfram|Alpha Knowledgebase (2020) based on National Institute of Standards and Technology, NIST Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database (REFPROP): https://www.nist.gov/srd/refprop]</ref> und eine Viskosität von etwa 1,5 [[Poise|Millipoise]] (0,15 mPa·s).<ref>[http://cryocourse2011.grenoble.cnrs.fr/IMG/file/Lectures/2011-Godfrin-Cryogenic_fluids-v2.pdf Cryogenic Fluids European Advanced Cryogenics School Blatt 16] Abgerufen am 7. Januar 2017</ref>

Flüssigstickstoff wird industriell in großen Mengen zusammen mit [[Flüssigsauerstoff]] durch [[fraktionierte Destillation]] von [[Flüssige Luft|flüssiger Luft]] hergestellt. Da Luftverflüssigung die einzige Möglichkeit zur Gewinnung der Edelgase [[Neon]], [[Krypton]], [[Argon]] und [[Xenon]] ist (Helium wird hingegen aus heliumhaltigem Erdgas gewonnen), ist es als [[Koppelprodukt]] der Gewinnung dieser Spurengase verhältnismäßig billig und verfügbar. Ausreichend isoliert bzw. in sogenannten [[Dewargefäß]]en kann Flüssigstickstoff aufbewahrt und transportiert werden. Dabei bleibt die Temperatur durch langsames Sieden des Stickstoffs bei konstant 77 K; der gasförmige Stickstoff muss entweichen können. Je nach Größe und Aufbau der Isoliergefäße kann die maximale Aufbewahrungszeit zwischen einigen Stunden bis zu einigen Wochen betragen.

Flüssigstickstoff kann leicht in den [[Feststickstoff|festen Zustand]] überführt werden, indem es in eine [[Vakuumkammer]] mit einer [[Drehschieberpumpe]] gegeben wird.<ref>{{Literatur | Autor=W. Umrath | Titel=Cooling bath for rapid freezing in electron microscopy | Sammelwerk=Journal of Microscopy| Band=101 | Nummer=1 | Jahr=1974|Seiten=103–105}}</ref> Stickstoff gefriert bei einer Temperatur von 63 K (−210 °C). Als Kühlmittel (Badkühlung) zeigt Stickstoff wegen des [[Leidenfrost-Effekt]]s zunächst wenig Effekt, solange der zu kühlende Gegenstand noch warm ist. Schnellere und bessere Kühlung kann erreicht werden, indem ein Gegenstand in eine Mischung aus festem und flüssigem Stickstoff gegeben wird anstatt in flüssigen Stickstoff allein.<ref name="cik-solutions.com">CiK Lexikon: [https://www.cik-solutions.com/lexikon/fluessigstickstoff/ Was ist Flüssigstickstoff? | CiK Lexikon], abgerufen am 6. November 2024</ref><ref>{{Literatur |Autor=Walter Umrath |Titel=Cooling bath for rapid freezing in electron microscopy |Sammelwerk=Journal of Microscopy |Band=101 |Nummer=1 |Verlag= |Datum=1974 |Seiten=103–105 |DOI=10.1111/j.1365-2818.1974.tb03871.x}}</ref>

== Anwendungen ==
Flüssigstickstoff ist eine kompakte und einfach zu transportierende Quelle von Stickstoffgas. Außerdem ist er in einem weiten Bereich von Anwendungen nützlich, da er als [[Kältemittel]] eine Temperatur weit unter dem Gefrierpunkt von Wasser aufrechterhalten kann. Verwendungen:

* In der [[Kryotechnik]]<ref name="cryo">{{internetquelle |url=https://www.cryoshop.de/Fluessigstickstoff-in-der-Praxis:_:999888.html |titel=Flüssigstickstoff in der Praxis |abruf=17. Juli 2024 }}</ref>
* Zur [[Kryokonservierung]] und Aufbewahrung von [[Blut]], [[Eizelle]]n, [[Sperma]] und anderen Zellen, biologischen Proben und Materialien.<ref>{{internetquelle |url=https://www.f-dgs.com/de/applications/cryopreservation/ |titel=Flüssiger Stickstoff für die Kryokonservierung |abruf=18. Juli 2024 }}</ref>
* Als Quelle für sehr trockenes Stickstoffgas
* Zum Gefrieren von Nahrungsmitteln für den Transport<ref name="cryo" />
* Als [[Kühlmittel]] für [[Hauptprozessor|CPU]]s (Hauptprozessoren), [[Grafikprozessor|GPUs]] (Grafikprozessoren) und anderen elektronischen Bauteilen<ref>{{cite book | title = The Book of Overclocking: Tweak Your PC to Unleash Its Power | first = Scott | last = Wainner | coauthors = Robert Richmond | pages = 44 | isbn = 188641176X | publisher = No Starch Press | year = 2003 |language=en}}</ref>
* In der [[Kryotherapie]], um unansehnliche oder krankhafte [[Hautkrebs|Hautveränderungen]] wie [[Warze]]n und [[aktinische Keratose]] zu entfernen<ref name="cryo" />
* Zur Kühlung von [[Hochtemperatursupraleiter]]n auf eine niedrige Temperatur, die [[Supraleitung]] ermöglicht
* Als ein Kühlmittel von [[Gasfalle]]n bei [[Vakuumpumpe#Kryopumpe|Vakuumpumpen]] und bei der [[Rotationsverdampfer|kontrollierten Verdampfung]] in der Chemie
* Als Kühlmittel, um die Empfindlichkeit von [[Wärmebildkamera#Typen|Infrarotsensoren]] zu erhöhen
* Als Kühlmittel, um mechanische Teile im Maschinenbau einzuschrumpfen (siehe [[Kaltdehnen]]), um eine [[Pressverbindung]] zu ermöglichen<ref name="cryo" />
* Zur Verbindung von Wellen und Laufrädern durch [[Pressfügen#Querpressverband|Querverpressung]]<ref>[http://www.gase-luedenbach.de/ln2.php Broschüre der Firma Lüderbach] Abgerufen am 9. Januar 2017</ref>
* Beim Recycling von Gummi und Verbundwerkstoffen um sie bei tiefen Temperaturen zu Zermahlen.<ref name="cryo" />
* Als Bauverfahren im Tiefbau, bei dem der Boden durch künstliches Gefrieren des Bodenwassers verfestigt wird ([[Bodenvereisung]])<ref name="cryo" />
* Zur Rohrfrostung, um einen temporären Verschluss einer Rohrleitung herzustellen
* Zur Herstellung von [[Speiseeis]]<ref> {{Webarchiv |url=http://www.zdf.de/ZDFmediathek/beitrag/video/2466294/Eiscreme-aus-dem-Labor |text=Eiscreme aus dem Labor |wayback=20160415051723 |archiv-bot= }} von [[Patricia Schäfer (Moderatorin)|Patricia Schäfer]] in ZDF [[heute – in Europa]] vom 10. August 2015, abgerufen am 15. April 2016</ref>
* In der [[Molekularküche]] zur Kühlung und Bereitung von Effekten.<ref name="cryo" />
* Zur Inertisierung von Tanks zur Explosionsvorbeugung<ref>{{Webarchiv |url=http://www.messer.de/Gase_Datenblaetter_Broschueren/Broschueren/Industrielle_Verfahren/Inertisieren.pdf |text=Broschüre von Messer Griesheim |wayback=20170109145210 |archiv-bot= }} Abgerufen am 9. Januar 2017</ref>
* Bei der [[Kryonik|kryonischen Konservierung]] von Menschen und Haustieren, in der Hoffnung, sie irgendwann wiederbeleben zu können
* Bei der sogenannten [[Promession]], einer Form der [[Leichenbestattung]]<ref name="cryo" />

== Sicherheit ==
[[Datei:TT-Handschuhe.jpg|mini|Tieftemperatur-Handschuhe für Arbeiten mit verflüssigten Gasen]]
Wegen seiner niedrigen Temperatur kann Flüssigstickstoff bei unvorsichtigem Gebrauch in kürzester Zeit [[Erfrierung]]en verursachen. Zwar kann man seine Hand kurz in flüssigen Stickstoff tauchen, sofern man keine guten Wärmeleiter wie metallische Ringe trägt, weil der an der Haut verdampfende Stickstoff eine isolierende Gasschicht bildet ([[Leidenfrost-Effekt]]). Kommt man aber in Kontakt mit Metall oder anderen Wärmeleitern, ist die Isolation sofort unterbrochen, was zu schweren Erfrierungen und Absterben des Gewebes führt. Zum sicheren Be- und Umfüllen kommen daher oft Schnellkupplungen zum Einsatz.

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 700.<ref name = "GisChem" /> Das kann explosive Kräfte auslösen. Bei einem Unfall an der [[Texas A&M University]] versagte ein verstopfter Tank, explodierte, und wurde durch die Decke über dem Tank geschleudert.<ref>{{cite web |author=Brent S. Mattox |title=Investigative Report on Chemistry 301A Cylinder Explosion |language=en |publisher=Texas A&M University |url=http://ucih.ucdavis.edu/docs/chemistry_301a.pdf |archiveurl=https://web.archive.org/web/20140430205659/http://ucih.ucdavis.edu/docs/chemistry_301a.pdf |archivedate=2014-04-30 |offline=yes |format=reprint; PDF; 9,7 MB |accessdate=2010-12-29 |archivebot= }}</ref>

Flüssigstickstoff kann in sogenannten [[Dewargefäß]]en mit evakuierter doppelter Wand aus Glas oder Stahl transportiert und gelagert werden. Dabei muss stets ein Druckausgleich zur umgebenden Atmosphäre stattfinden können. Flüssigstickstoff sollte nur von geschulten Personen gehandhabt werden. Es kam in der Vergangenheit zu schweren Verletzungen bis hin zu Todesfällen durch unsachgemäße Handhabung flüssigen Stickstoffs, beispielsweise wenn Flüssigstickstoff, der für die [[Molekularküche]] besorgt wurde, in einer fest verschlossenen Thermoskanne transportiert wurde.

Das [[Bundesinstitut für Risikobewertung|Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR)]] wies auch auf gesundheitliche Risiken bei der Verwendung von Flüssigstickstoff im Rahmen des Food-Trends „Dragon Breath“ hin. In mehreren deutschen Bundesländern wurden vereinzelt Fälle gemeldet, bei denen etwa an Kiosken Lebensmittel mit flüssigem Stickstoff gefroren und dann an Verbraucher lose zum Verzehr abgegeben wurden. Während des Verzehrs sorgt der Flüssigstickstoff dafür, dass der Atem kondensiert und wie der namensgebende „Drachenatem“ aussehen soll. Das BfR weist darauf hin, dass die extreme Kälte zu Verletzungen der Zunge bzw. Mundschleimhaut (auch bekannt als [[Gefrierbrand]] oder [[Kälteverbrennung]]) oder Schädigungen der Zähne führen kann.<ref>{{Internetquelle |autor=Bundesinstitut für Risikobewertung |url=https://www.bfr.bund.de/cm/343/food-trend-dragon-breath-gekuehlter-snack-verbrannter-mund.pdf |titel=Food-Trend „Dragon Breath“: Gekühlter Snack - „verbrannter“ Mund |werk=Bundesinstitut für Risikobewertung |hrsg= |datum=2020-11-25 |abruf=2021-02-03 |sprache= }}</ref>

Wenn Flüssigstickstoff verdunstet oder unkontrolliert in größeren Mengen austritt, sinkt die [[Sauerstoff]]-Konzentration in der Luft. Besonders in geschlossenen Räumen kann das zu [[Asphyxie|Sauerstoffmangel]] führen. Weil der kalte Stickstoff schwerer ist als die wärmere Umgebungsluft, kann es zur Bildung einer Schichtung kommen und die Sauerstoffkonzentration unten stärker sinken als oben.<ref name = "GisChem">{{internetquelle |url=https://www.gischem.de/suche/dokument-komplett.htm?client_session_Dokument=938 |titel=Stickstoff, tiefgekühlt verflüssigt |abruf=22. Juli 2024 }}</ref> Weil Stickstoff geruch-, farb- und geschmacklos ist, kann unbemerkt eine [[Hypoxie (Medizin)|Hypoxie]] entstehen.<ref name="BCGACOPCP30">British Compressed Gases Association (2000) BCGA Code of Practice CP30. The Safe Use of Liquid nitrogen dewars up to 50 litres. {{ISSN|0260-4809}}.[https://www.bcga.co.uk]</ref> In Kraftfahrzeugen darf Flüssigstickstoff in Kryobehältern nur transportiert werden, wenn eine strikte Trennung von Fahrgastzelle und Transportzelle gewährleistet ist. Beim Transport von Kryobehältern in Aufzügen dürfen keine Person mitfahren. Es sind Aufzüge mit Schlüsselsteuerung zu verwenden oder durch andere Maßnahmen sicherzustellen, dass keine Personen zusteigen können.<ref>{{internetquelle |url=https://www.industriegaseverband.de/downloads |titel=Downloads ''IGV-SH-01S-Rev1_Transport von Gasen im Aufzug'' Dort Kapitel 3.1 Aufzugtransport von Gasen in Kryobehältern |zugriff=22. Juli 2024 }}</ref>

Flüssigstickstoff hat einen niedrigeren Siedepunkt (−196 °C, 77 K) als [[Sauerstoff]] (−183 °C, 90 K), so dass Sauerstoff aus der Luft an Flüssigstickstoff-Leitungen kondensieren und spontan mit organischem Material reagieren kann. Auch in offenen Behältern, die Flüssigstickstoff enthalten, kann Sauerstoff aus der Luft kondensieren und in den Behälter tropfen. Der Flüssigstickstoff im Behälter wird dann mit [[Flüssigsauerstoff]] zunehmend verunreinigt. Bei späterem Gebrauch kann diese Mischung zu starker Oxidation bis hin zur Explosion führen, vor allem bei Kontakt mit organischen Materialien. Flüssigsauerstoff hat eine blassbläuliche Farbe in dicker Schicht, so dass eine bläuliche Farbe flüssigen Stickstoffs in einem Dewargefäß bereits auf einkondensierten Sauerstoff hindeuten kann. Flüssiger Stickstoff ist in reiner Form farblos und transparent.

== Kosten ==
Der Preis von Flüssigstickstoff hängt vom Energiepreis und von der Entfernung zu entsprechenden Produktionsorten ab. In industrialisierten Gebieten liegt er in der Größenordnung von 10–50 Cent pro Liter. Kleinmengen und die Lieferung an abgelegene Orte können erheblich teurer sein.<ref>{{cite web |url=https://hypertextbook.com/facts/2007/KarenFan.shtml |title=Price of Liquid Nitrogen |accessdate=2008-08-29 |work=The Physics Factbook |publisher= |date=2007 |language=en }}</ref> Steigt die Nachfrage nach den Edelgasen (mit Ausnahme Heliums), dann steigt das Angebot des Koppelprodukts flüssiger Stickstoff, wodurch der Preis fällt, wenn keine Nachfragesteigerung auftritt. Anders als [[Aluminium]], bei dem ebenfalls Energie der hauptsächliche Kostenfaktor ist, wird flüssiger Stickstoff weniger global transportiert und gehandelt, da kryogene Transporte energieintensiv und/oder verlustbehaftet (Kühlung durch Verdampfen eines Teils der transportierten Substanz) sind.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Liquid nitrogen|Flüssigstickstoff}}
{{Wiktionary}}
* [https://lp.uni-goettingen.de/get/text/2578 LP – Experimente mit flüssigem Stickstoff: Einfrieren von Materialien] – Text, Skizze, Videos
* [http://www.younghotelier.com/interviews/video-cooking-with-liquid-nitrogen-in-the-real-world-tang-restaurant-dubai/ Behind the scenes video („Hinter den Kulissen Video“)] – Wie Flüssigstickstoff in Restaurants zum Kochen und für Cocktails benutzt wird (englisch)

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|GND=4154696-9 |TYP=s}}

{{SORTIERUNG:Flussigstickstoff}}
[[Kategorie:Kühlmittel]]
[[Kategorie:Elementmodifikation]]

Flüssigstickstoff - Versionsgeschichte

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