Dotaz

Dusík vytváří dvojatomové molekuly (se vzorcem N₂), složené ze dvou atomů spojených trojnou vazbou. Díky stálosti této trojné vazby je dusík dosti nereaktivní plyn. Donutit jeho molekulu, aby se rozpojila na atomy a zreagovala s nějakým činidlem, je opravdu obtížné.

Atomy nejběžnějšího izotopu dusíku označovaného ¹⁴N mají relativní atomovou hmotnost 14 a jádro ze 7 protonů a 7 neutronů. V malé míře (asi 0,5 %) je v dusíku přítomen také izotop ¹⁵N se 7 protony a 8 neutrony v jádře.

Kapalný dusík je chemicky úplně stejný jako plynný dusík ze vzduchu. Jde o kapalinu s hustotou trochu menší, než má voda: 1 ml váží zhruba 0,81 g, zatímco 1 ml vody váží 1,00 g. Kapalný dusík je ale mnohem studenější. Za atmosférického tlaku se vaří už při teplotě −196 °C, tedy 77 K (kelvinů).

Proto bychom ani neviděli, že „plave" na vodě. Když jej nalijeme do vody, okamžitě se odpaří a strhne s sebou spoustu vodní páry, takže vytvoří pěknou mlhu. Toho s oblibou využívají tvůrci filmů i speciálních efektů třeba na koncertech.

Kapalný dusík slouží jako chladící médium, například při skladování potravin nebo dlouhodobém uchovávání živých buněk a tkání v biologii či medicíně.

Doma v kuchyni kapalný dusík nevyrobíte. Jeho příprava je totiž komplikovaná. Nejprve je nutné zkapalnit vzduch. Toho se docílí prudkým rozepnutím (expanzí) stlačeného vzduchu. Při běžném stlačování se vzduch ohřívá – proto je čerstvě po nafouknutí kola pneumatika dost horká, jak si asi všiml každý, kdo někdy pracoval s pumpičkou. Expanze je děj obrácený, během něj se tedy plyn ochlazuje.

Zkapalňovač vzduchu je důmyslné zařízení. Vzduch se v něm pod tlakem žene do trysky. Po průchodu tryskou dojde ke snížení tlaku a ochlazení rozepnutého vzduchu. Tento studený vzduch se použije pro chlazení nového stlačeného vzduchu, který opět expanduje, a pak je o něco chladnější než původní rozepnutý vzduch.

Celý postup probíhá kontinuálně, až se vzduch po expanzi z trysky ochladí natolik, že začne kondenzovat na kapalinu. Vznikající kapalina obsahuje hlavně dusík a kyslík, které mají různé teploty varu (dusík zmíněných 77 K, kyslík 90 K). Proto je lze od sebe oddělit destilací – v principu stejným postupem, jakým se z kvasu (pro jednoduchost předpokládejme, že jde o směs vody s trochou lihu) získává slivovice (nebo čistý líh).