Το υγρό υδρογόνο είναι μία από τις καταστάσεις συσσωμάτωσης του υδρογόνου. Υπάρχει επίσης μια αέρια και στερεή κατάσταση αυτού του στοιχείου. Και αν η αέρια μορφή είναι γνωστή σε πολλούς, τότε οι άλλες δύο ακραίες καταστάσεις εγείρουν ερωτήματα.
Ιστορία
Υγρό υδρογόνο ελήφθη μόλις τη δεκαετία του '30 του περασμένου αιώνα, αλλά πριν από αυτό, η χημεία έχει κάνει πολύ δρόμο για να κατακτήσει αυτή τη μέθοδο αποθήκευσης και εφαρμογής αερίου.
Η τεχνητή ψύξη άρχισε να χρησιμοποιείται πειραματικά στα μέσα του δέκατου όγδοου αιώνα στην Αγγλία. Το 1984, ελήφθη το υγροποιημένο διοξείδιο του θείου και η αμμωνία. Με βάση αυτές τις μελέτες, είκοσι χρόνια αργότερα αναπτύχθηκε το πρώτο ψυγείο και τριάντα χρόνια αργότερα ο Perkins κατέθεσε επίσημο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την εφεύρεσή του. Το 1851, στην άλλη πλευρά του Ατλαντικού Ωκεανού, ο John Gorey διεκδίκησε τα δικαιώματα να δημιουργήσει ένα κλιματιστικό.
Ήρθε στο υδρογόνο μόνο το 1885, όταν ο Πολωνός Wroblewski ανακοίνωσε στο άρθρο του το γεγονός ότι το σημείο βρασμού αυτού του στοιχείου είναι 23 Kelvin, η μέγιστη θερμοκρασία είναι 33 Kelvin και η κρίσιμη πίεση είναι 13 ατμόσφαιρες. Μετά από αυτή τη δήλωση, ο James Dewar προσπάθησε να δημιουργήσει υγρό υδρογόνοστα τέλη του 19ου αιώνα, αλλά δεν πήρε σταθερή ουσία.
Φυσικές ιδιότητες
Αυτή η κατάσταση συσσωμάτωσης χαρακτηρίζεται από πολύ χαμηλή πυκνότητα ύλης - εκατοστά των γραμμαρίων ανά κυβικό εκατοστό. Αυτό καθιστά δυνατή τη χρήση σχετικά μικρών δοχείων για την αποθήκευση υγρού υδρογόνου. Το σημείο βρασμού είναι μόνο 20 Kelvin (-252 Κελσίου) και αυτή η ουσία παγώνει ήδη στους 14 Kelvin.
Το υγρό είναι άοσμο, άχρωμο και άγευστο. Η ανάμειξή του με οξυγόνο μπορεί να οδηγήσει σε έκρηξη τις μισές φορές. Μόλις φτάσει στο σημείο βρασμού, το υδρογόνο μετατρέπεται σε αέρια κατάσταση και ο όγκος του αυξάνεται κατά 850 φορές.
Μετά την υγροποίηση, το υδρογόνο τοποθετείται σε μονωμένα δοχεία που διατηρούνται σε χαμηλή πίεση και σε θερμοκρασίες μεταξύ 15 και 19 Kelvin.
Αφθονία Υδρογόνου
Το υγρό υδρογόνο παράγεται τεχνητά και δεν εμφανίζεται στο φυσικό περιβάλλον. Αν δεν λάβουμε υπόψη τις συγκεντρωτικές καταστάσεις, τότε το υδρογόνο είναι το πιο κοινό στοιχείο όχι μόνο στον πλανήτη Γη, αλλά και στο Σύμπαν. Τα αστέρια (συμπεριλαμβανομένου του Ήλιου μας) αποτελούνται από αυτό, ο χώρος μεταξύ τους είναι γεμάτος με αυτό. Το υδρογόνο συμμετέχει σε αντιδράσεις σύντηξης και μπορεί επίσης να σχηματίσει σύννεφα.
Στον φλοιό της γης, αυτό το στοιχείο καταλαμβάνει μόνο περίπου το ένα τοις εκατό της συνολικής ποσότητας ύλης. Ο ρόλος του στο οικοσύστημά μας μπορεί να εκτιμηθεί από το γεγονός ότι ο αριθμός των ατόμων υδρογόνου είναι δεύτερος σε αριθμό μετά το οξυγόνο. Σχεδόν τα πάντα στον πλανήτη μαςτα αποθεματικά H2 βρίσκονται σε δεσμευμένη κατάσταση. Το υδρογόνο είναι αναπόσπαστο μέρος όλων των ζωντανών όντων.
Χρήση
Υγρό υδρογόνο (θερμοκρασία -252 βαθμοί Κελσίου) χρησιμοποιείται με τη μορφή φόρμας για την αποθήκευση βενζίνης και άλλων παραγώγων της διύλισης πετρελαίου. Επιπλέον, αυτή τη στιγμή δημιουργούνται ιδέες μεταφοράς που θα μπορούσαν να χρησιμοποιούν υγροποιημένο υδρογόνο ως καύσιμο αντί για φυσικό αέριο. Αυτό θα μείωνε το κόστος εξόρυξης πολύτιμων ορυκτών και θα μείωνε τις εκπομπές στην ατμόσφαιρα. Αλλά μέχρι στιγμής, δεν έχει βρεθεί ο βέλτιστος σχεδιασμός του κινητήρα.
Το υγρό υδρογόνο χρησιμοποιείται ενεργά από τους φυσικούς ως ψυκτικό στα πειράματά τους με νετρόνια. Δεδομένου ότι η μάζα του στοιχειώδους σωματιδίου και του πυρήνα του υδρογόνου είναι σχεδόν ίσες, η ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ τους είναι πολύ αποτελεσματική.
Οφέλη και εμπόδια
Το υγρό υδρογόνο μπορεί να επιβραδύνει τη θέρμανση της ατμόσφαιρας και να μειώσει την ποσότητα των αερίων του θερμοκηπίου εάν χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για αυτοκίνητα. Όταν αλληλεπιδρά με τον αέρα (αφού περάσει από έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης), θα σχηματιστεί νερό και μια μικρή ποσότητα οξειδίου του αζώτου.
Ωστόσο, αυτή η ιδέα έχει τις δικές της δυσκολίες, για παράδειγμα, τον τρόπο αποθήκευσης και μεταφοράς του αερίου, καθώς και τον αυξημένο κίνδυνο ανάφλεξης ή ακόμα και έκρηξης. Ακόμη και με όλες τις προφυλάξεις, η εξάτμιση του υδρογόνου δεν μπορεί να αποτραπεί.
Καύσιμο πυραύλων
Το υγρό υδρογόνο (θερμοκρασία αποθήκευσης έως 20 Kelvin) είναι ένα από ταπροωθητικά συστατικά. Έχει πολλές λειτουργίες:
- Ψύξη εξαρτημάτων κινητήρα και προστασία του ακροφυσίου από υπερθέρμανση.
- Παροχή ώθησης μετά από ανάμειξη με οξυγόνο και θέρμανση.
Οι σύγχρονοι κινητήρες πυραύλων λειτουργούν με συνδυασμό υδρογόνου-οξυγόνου. Αυτό βοηθά στην επίτευξη της σωστής ταχύτητας για να ξεπεραστεί η βαρύτητα της γης και ταυτόχρονα να μην εκτεθούν όλα τα μέρη του αεροσκάφους σε υπερβολικές θερμοκρασίες.
Προς το παρόν, υπάρχει μόνο ένας πύραυλος που χρησιμοποιεί υδρογόνο ως καύσιμο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, χρειάζεται υγρό υδρογόνο για να διαχωριστούν τα ανώτερα στάδια των πυραύλων ή σε εκείνες τις συσκευές που θα κάνουν το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας στο κενό. Έχουν γίνει προτάσεις από ερευνητές για τη χρήση μιας μισοπαγωμένης μορφής αυτού του στοιχείου για να αυξηθεί η πυκνότητά του.
