Lichid hidrogen: proprietăți și aplicații

Lichidul hidrogen este una dintre stările agregate ale hidrogenului. Se distinge și starea gazoasă și solidă a acestui element. Și dacă forma gazoasă este bine cunoscută de mulți, atunci celelalte două stări extreme cauzează întrebări.

poveste

Hidrogenul lichid a fost primit numai în anii treizeci ai secolului trecut, dar înainte de aceasta, chimia a parcurs un drum lung în dezvoltarea acestei metode de stocare a gazelor și a aplicațiilor.

Exploatarea artificială a început să se aplice experimental la mijlocul secolului al XVIII-lea în Anglia. În 1984 au primit dioxid de sulf și amoniac lichefiat. Pe baza acestor studii, primul frigider a fost dezvoltat douăzeci de ani mai târziu, iar treizeci de ani mai târziu Perkins a formalizat un brevet oficial pentru invenția sa. În 1851, pe de altă parte a Oceanului Atlantic, John Gori a anunțat drepturile de a crea un aparat de aer condiționat.

A venit la hidrogen numai în 1885, când Polul Wroblewski a anunțat în articolul său că este punctul de fierbere Acest element este egal cu 23 Kelvin, temperatura de vârf este de 33 Kelvin, iar presiunea critică este de 13 atmosfere. După această declarație, James Dewar a încercat să creeze hidrogen lichid la sfârșitul secolului al XIX-lea, dar el nu a reușit să obțină o substanță stabilă.

Proprietăți fizice

aceasta stare agregată caracterizată printr-o densitate foarte mică a materiei - sute de grame pe centimetru cub. Acest lucru face posibilă utilizarea containerelor relativ mici pentru stocarea hidrogenului lichid. Punctul de fierbere este de numai 20 Kelvin (-252 Celsius), iar această substanță îngheață deja la 14 Kelvin.

Lichidul nu are miros, culoare și gust. Amestecarea cu oxigen poate duce la o explozie în jumătate din cazuri. Când se atinge punctul de fierbere, hidrogenul se transformă într-o stare gazoasă, iar volumul său crește de 850 de ori.

După lichefiere, hidrogenul este plasat în containere izolate, care mențin o presiune și o temperatură scăzută în intervalul de 15 până la 19 Kelvin.

Prevalența hidrogenului

Lichidul hidrogen este produs artificial și nu se produce în mediul natural. Dacă nu luăm în considerare stările agregate, atunci hidrogenul este cel mai comun element nu numai pe planeta Pământ, ci și în Univers. Se compune din stele (inclusiv Soarele nostru), ele sunt pline de spațiu între ele. Hidrogenul participă la reacțiile de fuziune termonucleară și poate forma și nori.

În crusta pământului, acest element ocupă doar aproximativ un procent din cantitatea totală de materie. Rolul său în ecosistemul nostru poate fi estimat din faptul că numărul de atomi de hidrogen în cantitate este al doilea decât oxigenul. Pe planeta noastră, practic toate rezervele lui H₂ sunt într-o stare legată. Hidrogenul este o parte integrantă a tuturor ființelor vii.

utilizarea

Hidrogenul lichid (temperatura Celsius -252 grade) este folosit sub forma unei forme de depozitare a benzinei si a altor derivati ​​ai rafinarii petrolului. În plus, în prezent se dezvoltă concepte de transport care ar putea utiliza hidrogenul lichefiat drept combustibil în locul gazului natural. Acest lucru ar reduce costul exploatărilor miniere și va reduce emisiile în atmosferă. Dar până când designul optim al motorului nu a fost găsit.

Lichidul hidrogen este folosit în mod activ de fizicieni ca un răcitor în experimentele lor cu neutroni. Deoarece masa particulei elementare și a nucleului de hidrogen sunt practic egale, schimbul de energie între ele este foarte eficient.

Avantaje și obstacole

Hidrogenul lichid face posibilă încetinirea încălzirii atmosferei și reducerea cantității de gaze cu efect de seră, dacă este aplicată ca combustibil pentru mașini. Când interacționează cu aerul (după trecerea prin motorul cu combustie internă) se va forma apă și o cantitate mică de oxid nitric.

Cu toate acestea, această idee are dificultăți proprii, de exemplu, o metodă de stocare și transport de gaze, precum și un risc crescut de aprindere sau chiar o explozie. Chiar și cu condiția ca toate măsurile de precauție să fie luate, evaporarea hidrogenului nu poate fi prevenită.

Combustibil pentru rachete

Hidrogenul lichid (temperatura de păstrare de până la 20 Kelvin) este una dintre componente rachetă. Are mai multe funcții:

1. Răcirea componentelor motorului și protejarea duzei de supraîncălzire.
2. Furnizarea tracțiunii după amestecarea cu oxigen și încălzire.

modern motoare de rachetă lucrează la o combinație de hidrogen-oxigen. Acest lucru ajută la atingerea vitezei necesare pentru a depăși atracția pământului și, în același timp, pentru a păstra toate părțile aeronavei, fără a le expune la temperaturi excesive.

În prezent, există doar o singură rachetă, care utilizează complet hidrogenul drept combustibil. În cele mai multe cazuri, hidrogenul lichid este necesar pentru a separa etapele superioare ale rachetelor sau în acele dispozitive care își vor petrece majoritatea muncii în vid. Din cercetători au venit propuneri de utilizare a formei semi-congelate a acestui element pentru a-și crește densitatea.