Hidrogenul lichid este una dintre stările de agregare a hidrogenului. Există, de asemenea, o stare gazoasă și solidă a acestui element. Și dacă forma gazoasă este bine cunoscută de mulți, atunci celel alte două stări extreme ridică întrebări.
Istorie
Hidrogenul lichid a fost obținut abia în anii treizeci ai secolului trecut, dar înainte de asta, chimia a parcurs un drum lung în stăpânirea acestei metode de stocare și aplicare a gazelor.
Răcirea artificială a început să fie folosită experimental la mijlocul secolului al XVIII-lea în Anglia. În 1984 s-a obținut dioxid de sulf lichefiat și amoniac. Pe baza acestor studii, douăzeci de ani mai târziu a fost dezvoltat primul frigider, iar treizeci de ani mai târziu, Perkins a depus un brevet oficial pentru invenția sa. În 1851, de ceal altă parte a Oceanului Atlantic, John Gorey a revendicat drepturile de a crea un aparat de aer condiționat.
S-a ajuns la hidrogen abia în 1885, când polonezul Wroblewski a anunțat în articolul său faptul că punctul de fierbere al acestui element este de 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 însfârșitul secolului al XIX-lea, dar nu a obținut o substanță stabilă.
Proprietăți fizice
Această stare de agregare se caracterizează printr-o densitate foarte scăzută a materiei - sutimi de grame pe centimetru cub. Acest lucru face posibilă utilizarea unor recipiente relativ mici pentru a stoca hidrogen lichid. Punctul de fierbere este de numai 20 Kelvin (-252 Celsius), iar această substanță îngheață deja la 14 Kelvin.
Lichidul este inodor, incolor și fără gust. Amestecarea acestuia cu oxigen poate duce la o explozie în jumătate din timp. La atingerea punctului de fierbere, hidrogenul se transformă în stare gazoasă, iar volumul său crește de 850 de ori.
După lichefiere, hidrogenul este plasat în recipiente izolate care sunt ținute la presiune scăzută și la temperaturi între 15 și 19 Kelvin.
Abundența de hidrogen
Hidrogenul lichid este produs artificial și nu apare 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. Stelele (inclusiv Soarele nostru) sunt compuse din el, spațiul dintre ele este umplut cu el. Hidrogenul participă la reacțiile de fuziune și poate forma și nori.
În scoarța terestră, acest element ocupă doar aproximativ un procent din cantitatea totală de materie. Rolul său în ecosistemul nostru poate fi apreciat prin faptul că numărul de atomi de hidrogen este al doilea după oxigen. Aproape totul pe planeta noastrărezervele H2 sunt într-o stare legată. Hidrogenul este o parte integrantă a tuturor ființelor vii.
Folosiți
Hidrogenul lichid (temperatura -252 grade Celsius) este folosit sub formă de formă pentru depozitarea benzinei și a altor derivați ai rafinării petrolului. În plus, în prezent se creează concepte de transport care ar putea folosi hidrogenul lichefiat drept combustibil în locul gazului natural. Acest lucru ar reduce costul extragerii mineralelor valoroase și ar reduce emisiile în atmosferă. Dar până acum, designul optim al motorului nu a fost găsit.
Hidrogenul lichid este utilizat în mod activ de către fizicieni ca agent de răcire în experimentele lor cu neutroni. Deoarece masa particulei elementare și a nucleului de hidrogen sunt aproape egale, schimbul de energie între ele este foarte eficient.
Beneficii și obstacole
Hidrogenul lichid poate încetini încălzirea atmosferei și poate reduce cantitatea de gaze cu efect de seră dacă este folosit ca combustibil pentru mașini. Când interacționează cu aerul (după trecerea printr-un motor cu ardere internă), se va forma apă și o cantitate mică de oxid de azot.
Totuși, această idee are propriile ei dificultăți, de exemplu, modul în care gazul este depozitat și transportat, precum și riscul crescut de aprindere sau chiar de explozie. Chiar și cu toate măsurile de precauție, evaporarea hidrogenului nu poate fi prevenită.
Combustibil pentru rachete
Hidrogenul lichid (temperatura de stocare de până la 20 Kelvin) este unul dintrecomponente de propulsie. Are mai multe funcții:
- Răcirea componentelor motorului și protejarea duzei împotriva supraîncălzirii.
- Oferă forță după amestecarea cu oxigen și încălzire.
Motoarele de rachete moderne funcționează pe o combinație hidrogen-oxigen. Acest lucru ajută la atingerea vitezei potrivite pentru a depăși gravitația pământului și, în același timp, împiedică toate părțile aeronavei să le expună la temperaturi excesive.
În prezent, există o singură rachetă care folosește hidrogen ca combustibil. În cele mai multe cazuri, hidrogenul lichid este necesar pentru a separa etapele superioare ale rachetelor sau în acele dispozitive care vor face cea mai mare parte a muncii în vid. Au existat sugestii din partea cercetătorilor de a folosi o formă pe jumătate înghețată a acestui element pentru a-i crește densitatea.
