Tekući vodik: svojstva i primjene

Tekući vodik je jedno od agregatnih stanja vodika. Također se razlikuje plinovito i čvrsto stanje ovog elementa. A ako je plinoviti oblik dobro poznat mnogima, onda druga dva ekstremna stanja uzrokuju pitanja.

priča

Tekući vodik bio je primljen tek u tridesetim godinama prošlog stoljeća, ali prije toga, kemija je došla dug put u razvoju ove metode pohrane plinova i primjena.

Umjetno hlađenje eksperimentalno se počelo primjenjivati ​​sredinom osamnaestog stoljeća u Engleskoj. Godine 1984. dobili su ukapljeni sumporni dioksid i amonijak. Na temelju tih studija, prvi hladnjak razvijen je dvadeset godina kasnije, a trideset godina kasnije Perkins formalizirao službeni patent za svoj izum. Godine 1851., s druge strane Atlantskog oceana, John Gori najavio je pravo stvaranja klima uređaja.

U vodu je došao tek 1885., kada je Pole Wroblewski u svom članku najavio činjenicu da vrelište Taj je element jednak 23 Kelvin, vršna temperatura je 33 Kelvin, a kritični tlak je 13 atmosfera. Nakon ove izjave, James Dewar pokušao je stvoriti tekući vodik krajem 19. stoljeća, ali nije uspio dobiti stabilnu tvar.

Fizička svojstva

ovo agregatno stanje karakterizira vrlo niska gustoća materije - stotine gram po kubičnom centimetru. To omogućuje upotrebu relativno malih spremnika za pohranjivanje tekućeg vodika. Točka vrenja je samo 20 Kelvina (-252 Celzijevih stupnjeva), a ova tvar zamrzava već na 14 Kelvin.

Tekućina nema miris, boju i okus. Miješanje s kisikom može dovesti do eksplozije u pola slučajeva. Kada se postigne točka vrenja, vodik se pretvara u plinoviti položaj, a njezin volumen povećava se za 850 puta.

Nakon ukapavanja, vodik se stavlja u izolirane spremnike, koji održavaju niski tlak i temperaturu u rasponu od 15 do 19 Kelvina.

Prevalencija vodika

Tekući vodik se proizvodi umjetno i ne dolazi u prirodnom okolišu. Ako ne uzmemo u obzir skupne stanja, onda je vodik najčešći element ne samo na planeti Zemlji, nego iu Svemiru. Sastoji se od zvijezda (uključujući i naše Sunce), oni su ispunjeni prostorom između njih. Vodik sudjeluje u reakcijama termonuklearne fuzije i također može formirati oblake.

U zemljinoj koru ovaj element zauzima samo oko postotka ukupne količine materije. Njegova uloga u našem ekosustavu može se procijeniti iz činjenice da je broj vodikovih atoma u količini drugi tek kisik. Na našem planetu, gotovo sve rezerve H₂ su u vezanom stanju. Vodik je sastavni dio svih živih bića.

korištenje

Tekući vodik (temperatura Celzijeva -252 stupnja) koristi se u obliku oblika spremanja benzina i drugih derivata rafiniranja nafte. Osim toga, u ovom trenutku se razvijaju koncepti prijevoza koji bi mogli koristiti tekući vodik kao gorivo umjesto prirodnog plina. To bi smanjilo troškove rudarstva i smanjilo emisije u atmosferu. Ali sve dok optimalni dizajn motora nije pronađen.

Fizičari aktivno koriste tekuće vodik kao hladnjak u svojim eksperimentima s neutronima. Budući da su masa elementarne čestice i jezgre vodika praktički jednake, razmjena energije između njih je vrlo učinkovita.

Prednosti i prepreke

Tekući vodik omogućuje usporavanje zagrijavanja atmosfere i smanjenje količine stakleničkih plinova, ako se primjenjuje kao gorivo za automobile. Kada komunicira s zrakom (nakon prolaska kroz motor s unutarnjim izgaranjem), nastaje voda i mala količina dušičnog oksida.

Međutim, ova ideja ima svoje vlastite poteškoće, na primjer, način čuvanja i transporta plina, kao i povećan rizik od paljenja ili čak eksplozije. Čak i pod uvjetom da se poduzmu sve mjere predostrožnosti, isparavanje vodika se ne može spriječiti.

Raketno gorivo

Tekući vodik (temperatura skladištenja do 20 Kelvina) je jedna od komponenata raketno gorivo. Ona ima nekoliko funkcija:

1. Hlađenje dijelova motora i zaštita mlaznice od pregrijavanja.
2. Pružanje vuče nakon miješanja s kisikom i zagrijavanjem.

moderan raketnih motora rade na kombinaciji vodikovog kisika. To pomaže postići potrebnu brzinu za prevladavanje atrakcije zemlje i istovremeno zadržati sve dijelove zrakoplova, ne izlažući ih prekomjernim temperaturama.

Trenutno postoji samo jedna raketa koja potpuno koristi vodik kao gorivo. U većini slučajeva potreban je tekući vodik za odjeljivanje gornjih stupnjeva projektila ili onih uređaja koji će većinu svog rada provesti u vakuumu. Od istraživača došli su prijedlozi za korištenje polu-zamrznutog oblika ovog elementa kako bi se povećala njegova gustoća.