Tekoči vodik: lastnosti in aplikacije

Tekoči vodik je eno od agregatnih stanj vodika. Razlikuje se tudi plinasto in trdno stanje tega elementa. In če je plinasto dobro znano mnogim, potem druga dva ekstremna stanja povzročata vprašanja.

Zgodovina

Tekoči vodik je bil dobljen šele v tridesetih letih prejšnjega stoletja, vendar je pred tem kemija dosegla veliko pot pri razvoju tega načina shranjevanja plinov in aplikacij.

Umetno hlajenje eksperimentalno začelo veljati sredi 18. stoletja v Angliji. Leta 1984 so prejeli utekočinjen žveplov dioksid in amoniak. Na podlagi teh študij je bil prvi hladilnik razvit dvajset let pozneje, trideset let kasneje pa je Perkins formaliziral uradni patent za svoj izum. Leta 1851 je na drugi strani Atlantskega oceana John Gori napovedal pravice do ustvarjanja klimatske naprave.

Na vodik je prišel šele leta 1885, ko je Pole Wroblewski v svojem članku objavil dejstvo, da je vrelišče Ta element je enak 23 Kelvinov, najvišja temperatura je 33 Kelvin, kritični tlak pa 13 atmosfere. Po tej izjavi je James Dewar poskušal ustvariti tekoči vodik ob koncu 19. stoletja, vendar mu ni uspelo dobiti trdne snovi.

Fizične lastnosti

To agregatno stanje za katero je značilna zelo nizka gostota snovi - stotine gramov na kubični centimeter. To omogoča uporabo relativno majhnih posod za shranjevanje tekočega vodika. Vrelišče je samo 20 Kelvinov (-252 Celzija) in ta snov se zamrzne že pri 14 Kelvinih.

Tekočina nima vonja, barve in okusa. Mešanje s kisikom lahko povzroči eksplozijo v polovici primerov. Ko se doseže vrelišče, se vodik pretvori v plinasto stanje, njegov volumen pa se poveča za 850-krat.

Po utekočinjanju vodik postavi v izolirane posode, ki ohranjajo nizek tlak in temperaturo v območju od 15 do 19 Kelvin.

Razširjenost vodika

Tekoči vodik se proizvaja umetno in se ne pojavlja v naravnem okolju. Če ne upoštevamo združenih držav, je vodik najpogostejši element ne le na planetu Zemlja, temveč tudi v vesolju. Sestavljajo jo zvezde (vključno z našim Soncem), napolnjene so s presledkom med njimi. Vodik sodeluje v reakcijah termonuklearne fuzije in lahko tvori tudi oblake.

V zemeljski skorji ta element zavzema le približno odstotek celotne količine snovi. Njeno vlogo v našem ekosistemu je mogoče oceniti iz dejstva, da je število atomov vodika v količini drugič samo na kisik. Na našem planetu, praktično vse rezerve H₂ so v vezanem stanju. Vodik je sestavni del vseh živih bitij.

Uporabi

Tekoči vodik (temperatura Celza -252 stopinj) se uporablja v obliki oblike za shranjevanje bencina in drugih derivatov rafiniranja nafte. Poleg tega se trenutno razvijajo koncepti prevoza, ki bi lahko kot gorivo uporabljali utekočinjeni vodik kot zemeljski plin. To bi zmanjšalo stroške rudarjenja in zmanjšalo emisije v ozračje. Toda dokler ni bila najdena optimalna zasnova motorja.

Tekoči vodik aktivno uporabljajo fiziki kot hladilnik v svojih poskusih z nevtroni. Ker sta masa elementarnega delca in jedro vodika praktično enaka, je energetska izmenjava med njimi zelo učinkovita.

Prednosti in ovire

Tekoči vodik omogoča upočasnitev segrevanja ozračja in zmanjšanje količine toplogrednih plinov, če se uporablja kot gorivo za avtomobile. Ko pride v stik z zrakom (po prehodu skozi motor z notranjim zgorevanjem), se bo pojavila voda in majhna količina dušikovega oksida.

Vendar ima ta zamisel svoje težave, na primer način shranjevanja in transporta plina ter povečano tveganje vžiga ali celo eksplozije. Tudi pod pogojem, da se sprejmejo vsi previdnostni ukrepi, izhlapevanja vodika ni mogoče preprečiti.

Izgorelo gorivo

Tekoči vodik (temperatura shranjevanja do 20 Kelvinov) je ena od komponent raketno gorivo. Ima več funkcij:

1. Hlajenje sestavnih delov motorja in zaščita šobe pred pregrevanjem.
2. Zagotavljanje vleke po mešanju s kisikom in ogrevanjem.

Moderna raketni motorji delajo na kombinaciji vodikovega kisika. To pomaga doseči zahtevano hitrost za premagovanje privlačnosti zemlje in hkrati ohraniti vse dele zrakoplova, ne da bi jih izpostavljali pretiranim temperaturam.

Trenutno je samo ena raketa, ki v celoti uporablja vodik kot gorivo. V večini primerov je potreben tekoči vodik, da se ločijo zgornje stopnje raket ali v tistih napravah, ki večino svojega dela preživijo v vakuumu. Od raziskovalcev so prišli predlogi za uporabo polzrzle oblike tega elementa, da bi povečali njeno gostoto.