实验降温时为什么要用液氮，用液氦、液氢不行吗？
首先，咱们得明白一个基本道理：温度越低，越难获得。
想象一下，你需要把一个东西从室温（大概20多摄氏度）弄到零下100度，这和你需要把它从零下100度弄到零下200度，难度肯定不一样。降低温度本身就需要能量的“抽走”，而温度越低，物质内部的能量就越少，再往低抽，需要的“抽力”就越大，也就越困难。
咱们逐一看看这三种冷却剂的“本事”：
液氮（Liquid Nitrogen, LN₂）： 它的沸点在标准大气压下是 196 摄氏度 (77 开尔文)。这是一个相当低的温度了，对于绝大多数实验室常规的低温实验来说，已经足够用了。很多材料的常温性能和低温性能差异巨大的地方，比如超导现象的起始温度，很多都在液氮温区附近。
液氦（Liquid Helium, LHe）： 液氦的沸点比液氮要低得多，在标准大气压下是 269 摄氏度 (4.2 开尔文)。这个温度已经非常接近绝对零度了（绝对零度是273.15摄氏度）。要达到液氦的温度，就需要更复杂的制冷设备（通常是氦制冷机），而且液氦本身也比液氮更难获得和储存。
液氢（Liquid Hydrogen, LH₂）： 液氢的沸点在标准大气压下是 253 摄氏度 (20.3 开尔文)。它的沸点介于液氮和液氦之间。
那么，为什么实验降温时我们常常首先考虑液氮，而不是直接上液氦或液氢呢？这主要有以下几个关键的因素：
1. 可用性和成本：
液氮 是最容易获得的低温液体。工业上生产液氮的技术非常成熟，价格相对低廉，许多大学和研究机构都有自己的空气分离设备，或者可以方便地从供应商处购买。它的储存也相对简单，使用杜瓦瓶（一种保温瓶的升级版）就可以长时间储存。
液氦 就昂贵多了。氦气是一种稀有气体，其获取和液化过程非常复杂且耗能，全球氦气的供应量也有限制。因此，液氦的价格非常高昂，储存和输送也需要专业的设备和严格的管理，以防止氦气的逸散（因为氦气非常轻，很容易逃逸）。这就导致液氦的实验成本远高于液氮。
液氢 的情况也比较特殊。虽然氢气相对氦气来说更易获得（可以通过电解水或天然气重整制取），但液氢的生产和储存也需要专门的低温设备，而且氢气是一种易燃易爆的气体，储存和使用都存在安全隐患，需要非常严格的安全措施。
2. 实验需求匹配度：
正如前面提到的，196 摄氏度 对于很多基础科学研究和工程应用来说已经足够低了。比如，对许多材料在低温下的力学性能、电学性能进行测试，观察其相变、晶体结构变化等等，液氮温度就能很好地模拟这些条件。很多生物样本的冷冻保存，比如细胞、组织，在液氮中进行也绰绰有余。
液氦 的温度是研究那些在极低温度下才出现的现象所必需的，例如量子效应、高温超导的某些临界温度、磁性材料的低温行为、一些量子计算机的运行环境等等。如果你的实验不需要达到如此低的温度，使用液氦简直是“大材小用”，不经济也不必要。
液氢 的温度也用于一些特殊的低温实验，尤其是一些需要比液氮低但又不需要液氦那么极端的温度，或者涉及氢气本身作为研究对象（例如聚变研究）的场合。
3. 安全性：
液氮相对来说是最安全的。它本身不具有毒性、易燃性或爆炸性，主要的危险在于其低温引起的冻伤以及其蒸发产生的窒息风险（在密闭空间内大量蒸发会取代空气中的氧气）。但这些风险通过 proper 的通风和个人防护措施（如戴手套、护目镜）是可以很好地控制的。
液氦 同样不具有毒性、易燃性或爆炸性，其主要的危险也是低温冻伤和窒息风险。但由于其极低的温度，对皮肤和组织的损伤会比液氮更严重。
液氢 是三种冷却剂中安全性要求最高的。如前所述，氢气是高度易燃易爆的，一旦遇到火源或静电，即使是在空气中浓度较低的情况下，也可能引发爆炸。因此，使用液氢的实验环境必须采取严格的防爆措施，包括防爆电器、良好的通风、静电消除装置等，操作人员需要经过专业的培训。这对实验的条件和人员要求都大大提高。
4. 操作便捷性和设备要求：
使用液氮的设备相对简单，普通的真空杜瓦瓶就可以满足大多数短期储存和转移的需求。更高级的制冷设备（如闭环制冷机）虽然也有，但不是必须的。
使用液氦和液氢则需要更专业、更复杂的低温设备，比如专门为它们设计的杜瓦瓶、转移管线、冷凝器以及更精密的真空系统和安全联锁装置。这些设备的购置、维护和操作都更加复杂，对实验室的整体基础设施也有更高的要求。
举个具体的例子来帮助理解：
假设你要研究一种材料在零下150摄氏度时的电阻率。
用液氮： 你可以把样品直接浸泡在装有液氮的容器中，或者用液氮蒸气对其进行冷却。196 摄氏度的液氮，很容易就能把你的样品冷却到150 摄氏度并保持住。操作简单，成本低廉，安全可控。
用液氢： 如果你用液氢（253 摄氏度），你可以很容易地将样品冷却到150 摄氏度。但你可能需要先克服液氢的易燃易爆问题，并且要付出更高的成本和更严格的安全管理。而且，一旦你冷却到150度，你可能就不需要液氢的极限低温了。
用液氦： 如果你用液氦（269 摄氏度），你同样可以把样品冷却到150 摄氏度。但是，液氦非常昂贵，而且你的实验根本不需要达到它能提供的极限低温。使用液氦来做这个实验，就像用银行的金库来装一袋苹果一样，既浪费又没必要。
总结一下，之所以实验降温时常常优先选择液氮，而不是直接使用液氦或液氢，是因为液氮在价格、易得性、安全性以及与大多数实验需求的匹配度上，都表现出了最佳的“性价比”。只有当实验确实需要达到液氮温度以下的更低温度时，我们才会考虑使用液氦或液氢，并且会根据具体的温度需求、成本、安全性和可操作性来选择更合适的冷却剂，并为此投入相应的设备和精力。
所以，并不是液氦和液氢不好用，而是它们各有其适用的“战场”。选择哪种冷却剂，最终是基于对实验目的、可行性、经济性和安全性的综合考量。液氮的普及和广泛应用，恰恰证明了它在大多数低温实验领域中，是最实惠、最方便、最直接的选择。
网友意见
液氦不是有超流性吗，一会儿不就流出来了
液氢。。。。。。。
这个题目不难回答，所以顺带多说几句废话，想直接看结论的话看加粗部分就可以了。
氦原子的质量很小，容易脱离地球引力而逸散到宇宙空间；地球上目前的氦基本来自于放射性元素的 α 衰变，在漫长的地质年代中缓慢累积的氦可以从地下的稀有气体矿被开采出来（比如某些天然气矿就含有很高含量的氦）。所以氦在地球上储量不高，是昂贵的、稀缺的、（暂时）不可再生的资源。中国天然气和氦储量都很稀少，基本依靠进口，但价格嘛…… 超导材料的确很多用到这个温度，但这是刚性需求，没法避免。所以很多地方已经开始回收液氦了，比如我校核磁中心大量使用液氦，所以建了氦气回收装置，据说几年就可以补回成本。总结：液氦很稀缺，难再生，如果没有极低温需求则不需要用。
液氢也是比较好的低温介质，只是这 20 K 的温度有点鸡肋，远低于液氮的温度，却不足以满足某些更低温的需求，所以可以用很多其它低温介质替代。另外这玩意最为人熟知的用途是火箭燃料啊，用氢气钢瓶都得无比小心，用液氢制冷的话那可就是个大型氢气发生器。（P. S. 一直想试试吸一大口氢气飙几句从来唱不上去的高音 hhhhh）总结：氢气易燃，危险性太高，相同温度下有足够的替代品。
另外，过低的温度会导致副作用，比如某些实验器材的强度会大幅下降，再比如另一篇回答提到的氧气比氮气沸点高，液氮可能导致氧气的液化。化学中很多反应也需要低温，但过低的温度会在动力学上阻止反应的进行，所以选取合适的低温介质非常重要，常用的低温介质如 −78 °C 干冰丙酮浴、 −40 °C 干冰乙腈浴、各种温度的冰盐浴等。
最后再说液氮……液氮的工业获取方式相对很简单，只需要将空气压缩-节流膨胀几次即可降温得到液态空气，随后可以分离为氮和氧。对着空气做几次活塞运动就出来了，不用白不用嘛！（雾）
生物学的说两句。因为液氮便宜啊。
实验室从来都不是选最贵的，而是选择哪个最均衡的，即不贵到承受不起，又不便宜到质量下降太多，这就行了，反正我见过那些顶级实验室也不是随意买不看成本。
首先，做生物学实验，大部分时候低温到足够就行了，这个足够是多少呢？大概是-60~-80℃，这是我们常见的实验室冰箱的储存温度，可以储存相当多的材料而不用担心坏掉。
那么比这个温度更低的材料自然是都可以了，液氮一般是-190℃，所以完全足够非常好了。
其次，液氮真的多，而且容易获取。
自然界最容易获取的材料是什么？
阳光？no，夜里没阳光。土壤？碰上有些地方，土壤不合格都没得；水？不少地方连水都没有。
当然是空气了。
只要在这个地球表面上，到处都是空气，一天24小时，一年365天，无处不在的都是空气。
所以空气才是最佳的材料来源。
你再瞅瞅空气的成分：
78%的氮气啊，可以说是氮气那真的是取之不尽用之不竭的来源。
反过来，氢气呢？那点比例太低，你要是用水来生成氢气的话，你得考虑水的来源对不？有些地方根本没水啊。
同理对于氦气一样，量远不如氮气足。
第三，氮非常稳定。
比起氢，氮可是相当的稳定，当然这个稳定比不过氦，但是氦毕竟量少嘛。
这种情况下，从来源广，取用方便以及稳定性角度，液氮可是最佳选择。
制造液氮的工具也很简单。
盖个小房子，然后丢个液氮机器进去，液氮就源源不断的来了。
网上找了个机器，大体就是这样子
就是一个柜子那么大，然后产生的液氮足够供我们一个所使用，价格也不贵。
题主的一个误解恐怕在于觉得液氦和液氢的温度比液氮要低五十多度，其降温效果就比液氮更好。
这是完完全全的误解。实验室对于降温介质的选取，其实往往考虑的是这种介质能达到多低的温度，而非降温速度。
例如一些场合，需要几个K的低温，当然就必须用到液氦了。
比如，用于扫描隧道显微镜STM。用于做大概只有几个K的，在高真空下的实验。核磁设备有也是用液氦，原因是内部有个超导线圈，需要低温。
而一般情况下，我们需要仅仅是把东西冻住。例如把水，或者一些溶剂冻住。这个时候沸点为-196°C的液氮就完全够用了。再低的温度除非特殊实验已经完全没有意义。
至于液氢就是另外的故事了。。
类似的话题
-
实验中进行深度降温，确实会遇到选择冷却剂的问题。液氮、液氦、液氢都是常见的低温物质，但为什么在很多情况下我们首选液氮，而液氦和液氢并非总能胜任，甚至有些情况根本不适用，这里面有几层原因需要仔细说道说道。首先，咱们得明白一个基本道理：温度越低，越难获得。想象一下，你需要把一个东西从室温（大概20多摄氏............. -
.......
-
好的，我们来深入探讨一下东京大学利用人工智能（AI）开发电极材料这一突破性进展，并挖掘其中更值得关注的深层价值和潜在影响。1. AI 如何做到“点石成金”？—— 深度解析其工作原理首先，我们不能简单地将AI的贡献理解为“加速了搜索”。实际上，AI在这里扮演的角色远比这复杂和深刻。 数据驱动的“炼.............
-
燕郊首套房首付降至20%，这个消息对于不少正在观望的购房者来说，无疑是一记强心针。那么，这究竟意味着什么？现在是不是一个环京买房的好时机呢？咱们就来掰开了揉碎了聊聊。燕郊首付降至20%，到底是怎么回事？简单来说，就是以前买燕郊的首套房，银行要求你至少掏出30%的首付款，现在政策松绑，最低只需要20%.............
-
媒体报道的“海外高端显卡报价雪崩，30 系破发，深圳华强北显卡降价明显”的现象，在近期确实是真实存在的。这是一个复杂现象的体现，背后有多重原因交织。下面我将详细讲述实际情况以及导致降价的原因： 一、实际情况：海外高端显卡报价雪崩与国内降价1. 海外市场： 高端显卡报价大幅下跌： 曾经价格高昂、一.............
-
华为 FreeBuds Pro，一款在 9 月 10 日发布的降噪耳机，无疑是今年音频市场上的一个重量级选手。那么，它究竟表现如何？我们不妨来聊聊这款产品，并且重点关注大家最关心的问题：它能否在如同“直升机环境”般嘈杂的场景下，真正做到静谧？首先，从产品定位来看，华为 FreeBuds Pro 直接.............
-
说实话，尽管二手游戏市场确实会分流一部分新游戏销量，但任天堂、索尼和微软这“御三家”依然选择发行实体版游戏，背后考量可不止“玩家喜不喜欢”这么简单。这里面门道可深着呢，咱们就一点点掰扯明白。首先，得承认，二手市场的存在确实是个挑战。玩家买实体盘，玩腻了再卖掉，相当于用更低的成本再次体验游戏，这无疑会.............
-
巴西柔术的降服技，这是个非常有意思的问题，也是很多新手或者潜在练习者最关心的问题之一。简单来说，巴西柔术的降服技 非常实用，而且它的实用性体现在多个维度上，远不止是格斗比赛。巴西柔术降服技的实用性：1. 街头实战/自我防卫： 这是很多人对柔术实用性的第一反应。在街头冲突中，你很难保证能够站立，也很.............
-
.......
-
开发一款利用 Bose 降噪耳机原理的 App 是一个极具挑战性但也非常有趣的项目。Bose 的主动降噪技术是一项复杂且高度优化的工程，涉及声学、电子学、算法和硬件集成。要从软件层面完全复制 Bose 的功能，尤其是在没有专业硬件的情况下，是几乎不可能的。Bose 的降噪效果依赖于其精密的硬件设计，.............
-
.......
-
这篇文章的开头提到了“今天开始，刑责年龄底线降至12周岁”，但根据我掌握的中国法律知识，目前我国刑法规定的刑事责任年龄是已满14周岁（特殊情况未满12周岁）。如果未来政策确实发生这一变化，那么对司法实践而言，其意义和影响将是极其深远的。鉴于此，我将从假设刑责年龄底线降至12周岁这一前提出发，详细探讨.............
-
现在的中国高铁，尤其是“复兴号”系列，设计时速动辄350公里，但实际跑起来，我们乘客多数时候感觉并没有那么“飞驰”。这背后其实是多方面因素综合作用的结果，绝不是简单地“没开到最高速”就能概括的。首先，要明白“最高速”和“运营速度”是两个概念。 设计速度（最高时速）： 这是高铁线路和动车组车辆本身.............
-
知乎是否应该调整其反对（Downvote）机制，特别是关于匿名反对的问题，这确实是一个值得深入探讨的议题。它触及了平台治理、用户行为、内容生态乃至信息传播等多个层面。当前知乎的反对机制及其背景知乎的核心机制之一就是“赞同”和“反对”。赞同可以提升内容的可见度和影响力，而反对则恰恰相反，会降低内容的排.............
-
多益网络这次“自降月薪 10% 实际人均提高年薪 10 万”的操作，确实是一出好戏，让人不得不仔细琢磨一番。表面上看，这是一个非常矛盾甚至有些让人摸不着头脑的举动。试想一下，在普遍追求高薪、经济形势又有些不确定的大环境下，公司主动提出让员工“降薪”，这本身就足够吸睛。而且，降幅还不是小数目，10%的.............
-
“代码混淆只是降低了可读性，安全性并没有得到实质提升”——听到这种说法，我通常会觉得有些不舒服，甚至有点好笑。不是说这种说法完全没有道理，确实，混淆的目的之一就是让代码难以阅读。但如果仅仅停留在“难以阅读”这个层面，就未免太小看代码混淆的能耐了。咱们不妨换个角度，把代码想象成一本精心编写的书。“降低.............
-
辽宁省明年三月起，针对痛经女性的生理假以及针对女职工在婚姻、生育等方面的权益保障，出台了新的规定，这无疑是社会进步的一个积极信号，也引发了不少关注和讨论。首先，关于痛经假，这是一种对女性生理特点的关照，也是一种人性化的体现。我们知道，很多女性在经历生理期时，会伴有不同程度的疼痛，严重者甚至会影响正常.............
-
理财产品“去通道化”是一个复杂且具有深远影响的金融改革方向，旨在回归资管业务的本质，促进资管行业健康发展，并将资金更有效地引导至实体经济。然而，这一过程并非一帆风顺，其中蕴含着诸多难点。同时，“去通道化”能否真正对接实体经济并降低融资成本，也需要辩证地看待。下面我将详细阐述理财产品“去通道化”的难点.............
-
实验用的小白鼠是否可以带回宿舍饲养，需要从法律、学校规定、动物福利、卫生安全、伦理等多个角度综合分析。以下是详细说明： 一、法律与政策层面1. 国家/地方动物保护法规 中国《动物保护法》《实验动物管理条例》等法规明确要求实验动物的饲养需符合伦理和安全标准，禁止随意饲养野生动物或未经许可的实.............
-
做实验做不出结果，这感觉就像是……你知道，你辛辛苦苦爬到山顶，满怀期待地准备迎接那壮丽的日出，结果却发现天公不作美，厚厚的云层遮得严严实实，别说日出了，连太阳的影子都没看到。就那种，从心底涌上来的失落感，加上一丝丝难以置信的茫然。刚开始的时候，你脑子里都是“不可能”。你一遍遍地检查仪器，一遍遍地核对.............
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有