Tekoči vodik je eno od agregacijskih stanj vodika. Obstaja tudi plinasto in trdno stanje tega elementa. In če je plinasta oblika mnogim dobro znana, potem drugi dve skrajni stanji postavljata vprašanja.
Zgodovina
Tekoči vodik so pridobivali šele v tridesetih letih prejšnjega stoletja, pred tem pa je kemija pri obvladovanju tega načina shranjevanja in uporabe plina zelo napredovala.
Umetno hlajenje so začeli eksperimentalno uporabljati sredi osemnajstega stoletja v Angliji. Leta 1984 so pridobili utekočinjen žveplov dioksid in amoniak. Na podlagi teh študij je bil dvajset let pozneje razvit prvi hladilnik, trideset let pozneje pa je Perkins vložil uradni patent za svoj izum. Leta 1851 je John Gorey na drugi strani Atlantskega oceana zahteval pravice za izdelavo klimatske naprave.
Do vodika je prišlo šele leta 1885, ko je Poljak Wroblewski v svojem članku objavil dejstvo, da je vrelišče tega elementa 23 Kelvinov, najvišja temperatura 33 Kelvinov, kritični tlak pa 13 atmosfer. Po tej izjavi je James Dewar poskušal ustvariti tekoči vodikkonec 19. stoletja, vendar ni dobil stabilne snovi.
Fizične lastnosti
Za to agregacijsko stanje je značilna zelo nizka gostota snovi - stotinke gramov na kubični centimeter. To omogoča uporabo relativno majhnih posod za shranjevanje tekočega vodika. Vrelišče je le 20 Kelvinov (-252 Celzija), ta snov pa zamrzne že pri 14 Kelvinih.
Tekočina je brez vonja, barve in okusa. Mešanje s kisikom lahko polovico časa povzroči eksplozijo. Ko doseže vrelišče, vodik preide v plinasto stanje, njegova prostornina pa se poveča za 850-krat.
Po utekočinjenju se vodik da v izolirane posode, ki jih hranimo pri nizkem tlaku in pri temperaturah med 15 in 19 Kelvinov.
obilje vodika
Tekoči vodik se proizvaja umetno in se ne pojavlja v naravnem okolju. Če ne upoštevamo agregatnih stanj, potem je vodik najpogostejši element ne le na planetu Zemlja, ampak tudi v vesolju. Zvezde (vključno z našim Soncem) so sestavljene iz njega, prostor med njimi je napolnjen z njim. Vodik sodeluje pri fuzijskih reakcijah in lahko tvori tudi oblake.
V zemeljski skorji ta element zaseda le približno odstotek celotne količine snovi. Njegovo vlogo v našem ekosistemu je mogoče oceniti po tem, da je število vodikovih atomov po številu na drugem mestu za kisikom. Skoraj vse na našem planeturezerve H2 so v vezanem stanju. Vodik je sestavni del vseh živih bitij.
Uporabi
Tekoči vodik (temperatura -252 stopinj Celzija) se uporablja v obliki oblike za shranjevanje bencina in drugih derivatov rafiniranja nafte. Poleg tega se trenutno ustvarjajo koncepti prometa, ki bi namesto zemeljskega plina lahko uporabljali utekočinjen vodik kot gorivo. To bi zmanjšalo stroške pridobivanja dragocenih mineralov in zmanjšalo emisije v ozračje. Toda do zdaj še ni bilo mogoče najti optimalne zasnove motorja.
Tekoči vodik fiziki aktivno uporabljajo kot hladilno sredstvo v svojih poskusih z nevtroni. Ker sta masa elementarnega delca in vodikovega jedra skoraj enaka, je izmenjava energije med njima zelo učinkovita.
Prednosti in ovire
Tekoči vodik lahko upočasni segrevanje ozračja in zmanjša količino toplogrednih plinov, če se uporablja kot gorivo za avtomobile. Pri interakciji z zrakom (po prehodu skozi motor z notranjim zgorevanjem) nastane voda in majhna količina dušikovega oksida.
Vendar ima ta ideja svoje težave, na primer način shranjevanja in transporta plina, pa tudi povečano tveganje vžiga ali celo eksplozije. Tudi z vsemi previdnostnimi ukrepi izhlapevanja vodika ni mogoče preprečiti.
Raketno gorivo
Tekoči vodik (temperatura shranjevanja do 20 Kelvinov) je eden odpogonske komponente. Ima več funkcij:
- Hlajenje komponent motorja in zaščita šobe pred pregrevanjem.
- Zagotavljanje potiska po mešanju s kisikom in segrevanju.
Sodobni raketni motorji delujejo na kombinaciji vodika in kisika. To pomaga doseči pravo hitrost za premagovanje zemeljske teže in hkrati prepreči, da bi vsi deli letala izpostavljeni previsokim temperaturam.
Trenutno obstaja samo ena raketa, ki uporablja vodik kot gorivo. V večini primerov je tekoči vodik potreben za ločevanje zgornjih stopenj raket ali v tistih napravah, ki bodo večino dela opravile v vakuumu. Raziskovalci so predlagali uporabo napol zamrznjene oblike tega elementa, da bi povečali njegovo gostoto.
