Flytende hydrogen er en av tilstandene for aggregering av hydrogen. Det er også en gassformig og fast tilstand av dette elementet. Og hvis gassformen er godt kjent for mange, så reiser de to andre ekstreme tilstandene spørsmål.
Historie
Flytende hydrogen ble oppnådd først på 30-tallet av forrige århundre, men før det har kjemien kommet langt i å mestre denne metoden for lagring og påføring av gass.
Kunstig kjøling begynte å bli brukt eksperimentelt på midten av det attende århundre i England. I 1984 ble det oppnådd flytende svoveldioksid og ammoniakk. Basert på disse studiene ble det første kjøleskapet utviklet tjue år senere, og tretti år senere sendte Perkins inn et offisielt patent på oppfinnelsen. I 1851, på den andre siden av Atlanterhavet, hevdet John Gorey rettighetene til å lage et klimaanlegg.
Det kom til hydrogen først i 1885, da polakken Wroblewski kunngjorde i sin artikkel at kokepunktet til dette grunnstoffet er 23 Kelvin, topptemperaturen er 33 Kelvin, og det kritiske trykket er 13 atmosfærer. Etter denne uttalelsen prøvde James Dewar å lage flytende hydrogen islutten av 1800-tallet, men han fikk ikke et stabilt stoff.
Fysiske egenskaper
Denne aggregeringstilstanden er preget av en svært lav materietetthet - hundredeler av gram per kubikkcentimeter. Dette gjør det mulig å bruke relativt små beholdere for å lagre flytende hydrogen. Kokepunktet er bare 20 Kelvin (-252 Celsius), og dette stoffet fryser allerede ved 14 Kelvin.
Væsken er luktfri, fargeløs og smakløs. Å blande det med oksygen kan føre til en eksplosjon halve tiden. Når det når kokepunktet, blir hydrogen til en gassform, og volumet øker med 850 ganger.
Etter flytendegjøring legges hydrogenet i isolerte beholdere som holdes ved lavt trykk og ved temperaturer mellom 15 og 19 Kelvin.
Hydrogenoverflod
Flytende hydrogen produseres kunstig og forekommer ikke i det naturlige miljøet. Hvis vi ikke tar hensyn til aggregerte tilstander, er hydrogen det vanligste elementet ikke bare på planeten Jorden, men også i universet. Stjerner (inkludert vår sol) er sammensatt av det, rommet mellom dem er fylt med det. Hydrogen deltar i fusjonsreaksjoner og kan også danne skyer.
I jordskorpen opptar dette elementet bare omtrent en prosent av den totale mengden materie. Dens rolle i økosystemet vårt kan verdsettes av det faktum at antallet hydrogenatomer er nest etter oksygen i antall. Nesten alt på planeten vårreserver H2 er i bundet tilstand. Hydrogen er en integrert del av alle levende vesener.
Bruk
Flytende hydrogen (temperatur -252 grader Celsius) brukes i form av en form for lagring av bensin og andre derivater av oljeraffinering. I tillegg lages det for tiden transportkonsepter som kan bruke flytende hydrogen som drivstoff i stedet for naturgass. Dette vil redusere kostnadene ved å utvinne verdifulle mineraler og redusere utslippene til atmosfæren. Men så langt har den optimale motordesignen ikke blitt funnet.
Flytende hydrogen brukes aktivt av fysikere som kjølevæske i deres eksperimenter med nøytroner. Siden massen til elementarpartikkelen og hydrogenkjernen er nesten like, er utvekslingen av energi mellom dem svært effektiv.
Fordeler og hindringer
Flytende hydrogen kan bremse oppvarmingen av atmosfæren og redusere mengden klimagasser hvis det brukes som drivstoff for biler. Når den samhandler med luft (etter å ha passert gjennom en forbrenningsmotor), vil det dannes vann og en liten mengde nitrogenoksid.
Denne ideen har imidlertid sine egne vanskeligheter, for eksempel måten gassen lagres og transporteres på, samt økt risiko for antennelse eller til og med eksplosjon. Selv med alle forholdsregler, kan ikke hydrogenfordampning forhindres.
Rocketdrivstoff
Flytende hydrogen (lagringstemperatur opp til 20 Kelvin) er en av dedrivmiddelkomponenter. Den har flere funksjoner:
- Kjøling av motorkomponenter og beskyttelse av dysen mot overoppheting.
- Gir skyvekraft etter blanding med oksygen og oppvarming.
Moderne rakettmotorer kjører på en kombinasjon av hydrogen og oksygen. Dette bidrar til å oppnå riktig hastighet for å overvinne jordens tyngdekraft og samtidig forhindre at alle deler av flyet utsetter dem for høye temperaturer.
For øyeblikket er det bare én rakett som bruker hydrogen som drivstoff. I de fleste tilfeller er flytende hydrogen nødvendig for å skille de øvre stadiene av raketter eller i de enhetene som vil gjøre det meste av arbeidet i et vakuum. Det har vært forslag fra forskere om å bruke en halvfrossen form av dette elementet for å øke tettheten.
