Рідкий водень - одне з агрегатних станів водню. Виділяють ще газоподібне і тверде стан цього елемента. І якщо газоподібна форма добре знайома багатьом, то інші два крайніх стану викликають питання.
Рідкий водень був отриманий тільки в тридцятих роках минулого століття, але до цього хімія пройшла довгий шлях з освоєння такого способу зберігання газів і застосування.
Штучне охолодження експериментально почали застосовувати в середині вісімнадцятого століття в Англії. У 1984 році отримали діоксид сірки і аміак. На основі цих досліджень через двадцять років був розроблений перший холодильник, а ще через тридцять років Перкінс оформив офіційний патент на свій винахід. У 1851 році по іншу сторону Атлантичного океану Джон Горі заявив про права на створення кондиціонера.
До водню справа дійшла тільки в 1885 році, коли поляк Вроблевського анонсував в своїй статті той факт, що точка кипіння цього елемента дорівнює 23 кельвінів, пік температури - 33 Кельвіна, а критичний тиск дорівнює 13 атмосферам. Після цієї заяви створити рідкий водень спробував Джеймс Дьюар в кінці 19-го століття, але стабільною субстанції у нього не вийшло.
Фізичні властивості
Дане агрегатний стан характеризується дуже низькою щільністю речовини - соті частки грамів на кубічний сантиметр. Це дає можливість використовувати відносно невеликі ємності, щоб зберігати рідкий водень. Температура кипіння дорівнює всього 20 кельвінів (-252 за Цельсієм), а замерзає ця субстанція вже при 14 Кельвінах.
Рідина не має запаху, кольору і смаку. Змішування її з киснем може призвести до вибуху в половині випадків. При досягненні температури кипіння водень переходить в газоподібний стан, і його обсяг збільшується в 850 разів.
Після скраплення водень міститься в ізольовані контейнери, в яких підтримується низький тиск і температура в проміжку від 15 до 19 кельвінів.
поширеність водню
Рідкий водень виробляється штучно і в природному середовищі не зустрічається. Якщо не брати до уваги агрегатні стани, то водень - найпоширеніший елемент не тільки на планеті Земля, але і у Всесвіті. З нього складаються зірки (в тому числі і наше Сонце), їм заповнений простір між ними. Водень бере участь в реакціях термоядерного синтезу, а також може утворювати хмари.
У земній корі цей елемент займає всього лише близько відсотка від усієї кількості речовини. Його роль в нашій екосистемі можна оцінити по тому факту, що число атомів водню за кількістю поступається лише кисню. На нашій планеті практично всі запаси Н2 знаходяться у зв'язаному стані. Водень - складова частина всіх живих істот.
Використання
Рідкий водень (температура за Цельсієм -252 градуси) використовується у вигляді форми для зберігання бензину та інших похідних нафтопереробки. Крім того, в даний момент створюються концепції транспорту, який зміг би використовувати зріджений водень як паливо замість природного газу. Це дозволило б скоротити витрати на видобуток цінних копалин і знизити викиди в атмосферу. Але поки оптимальної конструкції двигуна так і не було знайдено.
Рідкий водень активно використовується фізиками як охолоджувач в їх експериментах з нейтронами. Так як маса елементарної частинки і ядра водню практично рівні, обмін енергією між ними є досить ефективним.
Переваги та перешкоди
Рідкий водень дає можливість сповільнити нагрівання атмосфери і зменшити кількість парникових газів, якщо застосовувати його в якості палива для автомобілів. При його взаємодії з повітрям (після проходження через двигун внутрішнього згоряння) буде утворюватися вода і незначно кількість оксиду азоту.
Однак у цієї ідеї є і свої труднощі, наприклад, спосіб зберігання і транспортування газу, а також підвищена до виникнення пожежі та навіть вибуху. Навіть за умови дотримання всіх запобіжних заходів запобігти випаровування водню не вдається.
ракетне паливо
Рідкий водень (температура зберігання до 20 кельвінів) є одним з компонентів ракетного палива. У нього є кілька функцій:
- Охолодження елементів двигуна і захист сопла від перегріву.
- Забезпечення тяги після змішування з киснем і нагрівання.
Сучасні ракетні двигуни працюють на комбінації водень-кисень. Це допомагає досягти потрібної швидкості для подолання тяжіння землі і при цьому зберегти всі частини літальних апаратів, не піддаючи їх дії надмірних температур.
На даний момент існує тільки одна ракета, яка повністю використовує водень як паливо. У більшості випадків рідкий водень необхідний для відділення верхніх щаблів ракет або в тих апаратах, які більшу частину роботи проведуть у вакуумі. Від дослідників надходили пропозиції використовувати наполовину заморожену форму цього елемента, щоб підвищити його щільність.
