A folyékony hidrogén a hidrogén aggregációjának egyik állapota. Ennek az elemnek gáznemű és szilárd halmazállapota is van. És ha a gáznemű forma sokak számára jól ismert, akkor a másik két szélső állapot kérdéseket vet fel.
Előzmények
A folyékony hidrogént csak a múlt század harmincas éveiben nyerték, de azelőtt a kémia nagy utat tett meg a gáztárolás és -felhasználás e módszerének elsajátításában.
A mesterséges hűtést a tizennyolcadik század közepén kezdték kísérletileg alkalmazni Angliában. 1984-ben cseppfolyósított kén-dioxidot és ammóniát nyertek. E tanulmányok alapján húsz évvel később kifejlesztették az első hűtőszekrényt, és harminc évvel később Perkins hivatalos szabadalmat nyújtott be találmányára. 1851-ben, az Atlanti-óceán túlsó partján John Gorey igényt tartott egy légkondicionáló létrehozására.
A hidrogénről csak 1885-ben került sor, amikor a lengyel Wroblewski cikkében bejelentette, hogy ennek az elemnek a forráspontja 23 Kelvin, a csúcshőmérséklet 33 Kelvin, a kritikus nyomás pedig 13 atmoszféra. Ezt követően James Dewar megpróbált folyékony hidrogént létrehozniszázad végén, de nem kapott stabil anyagot.
Fizikai tulajdonságok
Ezt az aggregációs állapotot nagyon alacsony anyagsűrűség jellemzi – század gramm/köbcentiméter. Ez lehetővé teszi viszonylag kis méretű tartályok használatát a folyékony hidrogén tárolására. A forráspont csak 20 Kelvin (-252 Celsius), és ez az anyag már 14 Kelvinnél megfagy.
A folyadék szagtalan, színtelen és íztelen. Oxigénnel való összekeverése az idő felében robbanáshoz vezethet. A forráspont elérésekor a hidrogén gáz halmazállapotúvá válik, és térfogata 850-szeresére nő.
A cseppfolyósítás után a hidrogént szigetelt tartályokba helyezik, amelyeket alacsony nyomáson és 15 és 19 Kelvin közötti hőmérsékleten tartanak.
Hidrogénbőség
A folyékony hidrogént mesterségesen állítják elő, és a természetes környezetben nem fordul elő. Ha nem vesszük figyelembe az aggregált állapotokat, akkor a hidrogén nemcsak a Föld bolygón, hanem az Univerzumban is a leggyakoribb elem. A csillagok (beleértve a mi Napunkat is) ebből állnak, a köztük lévő teret kitölti vele. A hidrogén részt vesz a fúziós reakciókban, és felhőket is képezhet.
A földkéregben ez az elem a teljes anyagmennyiségnek csak körülbelül egy százalékát foglalja el. Ökoszisztémánkban betöltött szerepét felmérheti, hogy a hidrogénatomok száma a második helyen áll az oxigén után. Szinte minden a bolygónkonA H2 tartalékok kötött állapotban vannak. A hidrogén minden élőlény szerves része.
Használja
A folyékony hidrogént (hőmérséklet -252 Celsius fok) benzin és más olajfinomítási származékok tárolására szolgáló forma formájában használják. Emellett jelenleg is készülnek olyan közlekedési koncepciók, amelyek a földgáz helyett cseppfolyósított hidrogént használhatnának üzemanyagként. Ez csökkentené az értékes ásványok kitermelésének költségeit és a légkörbe történő kibocsátást. De eddig nem sikerült megtalálni az optimális motortervet.
A folyékony hidrogént a fizikusok aktívan használják hűtőfolyadékként a neutronokkal végzett kísérleteik során. Mivel az elemi részecske és a hidrogénmag tömege közel azonos, az energiacsere közöttük nagyon hatékony.
Előnyök és akadályok
A folyékony hidrogén lelassíthatja a légkör felmelegedését és csökkentheti az üvegházhatású gázok mennyiségét, ha autók üzemanyagaként használják. Amikor kölcsönhatásba lép a levegővel (miután áthalad egy belső égésű motoron), víz és kis mennyiségű nitrogén-oxid képződik.
Ennek az ötletnek azonban megvannak a maga nehézségei, például a gáz tárolásának és szállításának módja, valamint a megnövekedett gyulladás vagy akár robbanásveszély. A hidrogén elpárolgása még minden óvintézkedés mellett sem akadályozható meg.
Rakéta üzemanyag
A folyékony hidrogén (legfeljebb 20 Kelvin tárolási hőmérséklet) az egyikhajtóanyag komponensek. Számos funkciója van:
- A motor alkatrészeinek hűtése és a fúvóka túlmelegedés elleni védelme.
- Tolóerő biztosítása oxigénnel való keverés és fűtés után.
A modern rakétahajtóművek hidrogén-oxigén kombinációval működnek. Ez segít elérni a megfelelő sebességet a föld gravitációjának leküzdéséhez, és ugyanakkor megakadályozza, hogy a repülőgép minden része túlzott hőmérsékletnek legyen kitéve.
Jelenleg egyetlen rakéta van, amely hidrogént használ üzemanyagként. A legtöbb esetben folyékony hidrogénre van szükség a rakéták felső fokozatainak leválasztásához, vagy azokban az eszközökben, amelyek a legtöbb munkát vákuumban végzik. A kutatók javaslatot tettek arra, hogy ennek az elemnek a félig fagyott formáját használják a sűrűségének növelésére.
