Płynny wodór jest jednym ze stanów agregacji wodoru. Istnieje również stan gazowy i stały tego pierwiastka. A jeśli forma gazowa jest dobrze znana wielu, to dwa pozostałe skrajne stany rodzą pytania.
Historia
Płynny wodór uzyskano dopiero w latach trzydziestych ubiegłego wieku, ale wcześniej chemia przeszła długą drogę w opanowaniu tej metody przechowywania i stosowania gazu.
Sztuczne chłodzenie zaczęto stosować eksperymentalnie w połowie XVIII wieku w Anglii. W 1984 roku uzyskano skroplony dwutlenek siarki i amoniak. Na podstawie tych badań dwadzieścia lat później opracowano pierwszą lodówkę, a trzydzieści lat później Perkins złożył oficjalny patent na swój wynalazek. W 1851 roku, po drugiej stronie Oceanu Atlantyckiego, John Gorey rościł sobie prawo do stworzenia klimatyzatora.
Do wodoru doszło dopiero w 1885 roku, kiedy Polak Wróblewski ogłosił w swoim artykule fakt, że temperatura wrzenia tego pierwiastka wynosi 23 Kelwiny, temperatura szczytowa to 33 Kelwiny, a ciśnienie krytyczne to 13 atmosfer. Po tym stwierdzeniu James Dewar próbował stworzyć ciekły wodór wkońca XIX wieku, ale nie uzyskał stabilnej substancji.
Właściwości fizyczne
Ten stan skupienia charakteryzuje się bardzo niską gęstością materii - setnych gramów na centymetr sześcienny. Umożliwia to stosowanie stosunkowo małych pojemników do przechowywania ciekłego wodoru. Temperatura wrzenia to tylko 20 Kelwinów (-252 Celsjusza), a ta substancja zamarza już przy 14 Kelvinach.
Płyn jest bezwonny, bezbarwny i bez smaku. Zmieszanie go z tlenem może doprowadzić do wybuchu przez połowę czasu. Po osiągnięciu temperatury wrzenia wodór przechodzi w stan gazowy, a jego objętość wzrasta 850 razy.
Po upłynnieniu wodór jest umieszczany w izolowanych pojemnikach, które są utrzymywane pod niskim ciśnieniem i w temperaturze od 15 do 19 kelwinów.
Obfitość wodoru
Płynny wodór jest wytwarzany sztucznie i nie występuje w środowisku naturalnym. Jeśli nie weźmiemy pod uwagę stanów skupienia, to wodór jest najczęstszym pierwiastkiem nie tylko na planecie Ziemia, ale także we Wszechświecie. Z niego składają się gwiazdy (w tym nasze Słońce), przestrzeń między nimi jest nim wypełniona. Wodór bierze udział w reakcjach syntezy jądrowej i może również tworzyć chmury.
W skorupie ziemskiej pierwiastek ten zajmuje tylko około procent całkowitej ilości materii. Jego rolę w naszym ekosystemie można docenić faktem, że liczba atomów wodoru ustępuje tylko liczbie tlenu. Prawie wszystko na naszej planecierezerwy H2 są w stanie związanym. Wodór jest integralną częścią wszystkich żywych istot.
Użyj
Płynny wodór (temperatura -252 stopni Celsjusza) jest używany w postaci do przechowywania benzyny i innych pochodnych rafinacji ropy naftowej. Ponadto powstają obecnie koncepcje transportu, w których zamiast gazu ziemnego można by wykorzystać skroplony wodór jako paliwo. Zmniejszyłoby to koszty wydobycia cennych minerałów i zmniejszyłoby emisje do atmosfery. Ale jak dotąd nie znaleziono optymalnej konstrukcji silnika.
Płynny wodór jest aktywnie wykorzystywany przez fizyków jako chłodziwo w ich eksperymentach z neutronami. Ponieważ masa cząstki elementarnej i jądra wodoru są prawie równe, wymiana energii między nimi jest bardzo wydajna.
Korzyści i przeszkody
Płynny wodór może spowolnić ocieplenie atmosfery i zmniejszyć ilość gazów cieplarnianych, jeśli jest używany jako paliwo do samochodów. Gdy wchodzi w interakcję z powietrzem (po przejściu przez silnik spalinowy), powstaje woda i niewielka ilość tlenku azotu.
Jednak ten pomysł ma swoje własne trudności, na przykład sposób przechowywania i transportu gazu, a także zwiększone ryzyko zapłonu, a nawet wybuchu. Nawet przy zachowaniu wszelkich środków ostrożności nie można zapobiec parowaniu wodoru.
Paliwo rakietowe
Płynny wodór (temperatura przechowywania do 20 kelwinów) jest jednym zskładniki miotające. Ma kilka funkcji:
- Chłodzenie elementów silnika i ochrona dyszy przed przegrzaniem.
- Zapewnienie ciągu po zmieszaniu z tlenem i podgrzaniu.
Nowoczesne silniki rakietowe pracują na kombinacji wodór-tlen. Pomaga to osiągnąć odpowiednią prędkość do pokonania grawitacji ziemi i jednocześnie chronić wszystkie części samolotu przed narażeniem ich na nadmierne temperatury.
Obecnie istnieje tylko jedna rakieta, która wykorzystuje wodór jako paliwo. W większości przypadków ciekły wodór jest potrzebny do rozdzielenia górnych stopni rakiet lub w tych urządzeniach, które będą wykonywać większość pracy w próżni. Pojawiły się sugestie badaczy, aby użyć półmrożonej formy tego pierwiastka w celu zwiększenia jego gęstości.
