Kapalný vodík: vlastnosti a aplikace

Kapalný vodík je jedním z celkových stavů vodíku. Je také rozlišován plynný a pevný stav tohoto prvku. A jestliže plynná forma je dobře známá mnoha, pak ostatní dvě extrémní stavy způsobují otázky.

Historie

Tekutý vodík byl přijat teprve ve třicátých letech minulého století, ale předtím chemie přišla dlouhá cesta ve vývoji této metody skladování plynů a aplikací.

Umělecké chlazení se experimentálně začalo používat v polovině osmnáctého století v Anglii. V roce 1984 obdrželi zkapalněný oxid siřičitý a amoniak. Na základě těchto studií byla první chladnička vyvinuta o dvacet let později a třicet let později Perkins formalizoval oficiální patent pro svůj vynález. V roce 1851, na druhé straně Atlantického oceánu, John Gori oznámil práva na vytvoření klimatizace.

Do vodíku došlo až v roce 1885, kdy Polský Wroblewski ve svém článku oznámil skutečnost, že bod varu Tento prvek se rovná 23 Kelvinům, maximální teplota je 33 Kelvinů a kritický tlak je 13 atmosfér. Po tomto prohlášení k vytvoření tekutého vodíku se snažil James Dewar na konci 19. století, ale stálost látky nestalo.

Fyzikální vlastnosti

Toto agregátní stav charakterizovaná velmi nízkou hustotou hmoty - stotiny gramu na krychlový centimetr. To umožňuje použít relativně malé nádoby k ukládání tekutého vodíku. Teplota varu je pouze 20 Kelvina (-252 Celsia) a tato látka se mrazí již na 14 stupňů Kelvina.

Tekutina nemá vůni, barvu a chuť. Míchání s kyslíkem může vést k explozi v polovině případů. Po dosažení bodu varu se vodík změní v plynný stav a jeho objem se zvýší o 850krát.

Po zkapalnění se vodík umístí do izolovaných nádob, které udržují nízký tlak a teplotu v rozmezí 15 až 19 Kelvinů.

Prevalence vodíku

Tekutý vodík se vyrábí uměle a nevyskytuje se v přírodním prostředí. Pokud nebudeme brát v úvahu agregované stavy, pak je vodík nejběžnějším prvkem nejen na planetě Zemi, ale také ve vesmíru. Skládá se z hvězd (včetně našeho Slunce), jsou vyplněny prostorem mezi nimi. Vodík se podílí na reakcích termonukleární fúze a může také vytvářet mraky.

V zemské kůře tento prvek zaujímá jen asi procento celkového množství hmoty. Jeho úloha v našem ekosystému lze odhadnout ze skutečnosti, že počet atomů vodíku v množství je druhý pouze kyslíku. Na naší planetě, prakticky všechny zásoby H₂ jsou vázaném stavu. Vodík je nedílnou součástí všech živých bytostí.

Použijte

Tekutý vodík (teplota Celsia -252 stupňů) se používá ve formě formy pro skladování benzinu a dalších derivátů rafinace ropy. Kromě toho se v současné době vyvíjejí dopravní koncepce, které by místo zemního plynu mohly využívat zkapalněný vodík jako palivo. To by snížilo náklady na těžbu a snížilo emise do atmosféry. Ale dokud nebyl nalezen optimální návrh motoru.

Kapalný vodík aktivně využívají fyzici jako chladiče při experimentech s neutrony. Vzhledem k tomu, že hmotnost elementárních částic a vodíkového jádra jsou prakticky stejné, výměna energie mezi nimi je velmi účinná.

Výhody a překážky

Kapalný vodík umožňuje zpomalit ohřev atmosféry a snížit množství skleníkových plynů, pokud se používá jako palivo pro automobily. Při interakci se vzduchem (po průchodu motorem s vnitřním spalováním) se vytvoří voda a malé množství oxidu dusnatého.

Avšak tato myšlenka má své vlastní obtíže, například způsob skladování a přepravy plynu, stejně jako zvýšené riziko vznícení nebo dokonce výbuch. Dokonce i za předpokladu, že budou přijata veškerá preventivní opatření, nelze vyloučit odpařování vodíku.

Raketové palivo

Kapalný vodík (skladovací teplota do 20 Kelvinů) je jednou ze složek raketové palivo. Má několik funkcí:

1. Chlazení součástí motoru a ochrana trysky před přehřátím.
2. Poskytuje trakci po smíchání s kyslíkem a ohřevem.

Moderní raketové motory práce na kombinaci vodík-kyslík. To pomáhá dosáhnout požadované rychlosti, aby se překonala přitažlivost země a zároveň aby ​​byly zachovány všechny části letadla, aniž by byly vystaveny nadměrným teplotám.

V současné době existuje pouze jedna raketa, která jako palivo využívá vodík. Ve většině případů je potřebný kapalný vodík k oddělení horních stupňů střel nebo v těch zařízeních, které většinu své práce utrácejí ve vakuu. Od vědců přišli návrhy na použití polomrzlé formy tohoto prvku, aby se zvýšila jeho hustota.