Tekući vodik je jedno od agregacijskih stanja vodika. Također postoji plinovito i čvrsto stanje ovog elementa. A ako je plinoviti oblik mnogima dobro poznat, onda druga dva ekstremna stanja postavljaju pitanja.
Povijest
Tekući vodik dobiven je tek tridesetih godina prošlog stoljeća, no prije toga je kemija prešla dug put u ovladavanju ovom metodom skladištenja i primjene plina.
Umjetno hlađenje počelo se eksperimentalno koristiti sredinom osamnaestog stoljeća u Engleskoj. Godine 1984. dobiveni su ukapljeni sumpor-dioksid i amonijak. Na temelju tih studija dvadeset godina kasnije razvijen je prvi hladnjak, a trideset godina kasnije Perkins je podnio službeni patent za svoj izum. Godine 1851., s druge strane Atlantskog oceana, John Gorey je preuzeo prava na izradu klima uređaja.
Do vodika je došlo tek 1885. godine, kada je Poljak Wroblewski u svom članku objavio činjenicu da je vrelište ovog elementa 23 Kelvina, vršna temperatura 33 Kelvina, a kritični tlak 13 atmosfera. Nakon ove izjave, James Dewar je pokušao stvoriti tekući vodikkraja 19. stoljeća, ali nije dobio stabilnu tvar.
Fizička svojstva
Ovo stanje agregacije karakterizira vrlo niska gustoća materije - stotinke grama po kubičnom centimetru. To omogućuje korištenje relativno malih spremnika za skladištenje tekućeg vodika. Točka vrenja je samo 20 Kelvina (-252 Celzija), a ova tvar se smrzava već na 14 Kelvina.
Tekućina je bez mirisa, boje i okusa. Miješanje s kisikom može dovesti do eksplozije u pola vremena. Po dolasku do točke vrelišta, vodik prelazi u plinovito stanje, a volumen mu se povećava za 850 puta.
Nakon ukapljivanja, vodik se stavlja u izolirane posude koje se drže pod niskim tlakom i na temperaturama između 15 i 19 Kelvina.
Obilje vodika
Tekući vodik se proizvodi umjetno i ne pojavljuje se u prirodnom okruženju. Ako ne uzmemo u obzir agregatna stanja, onda je vodik najčešći element ne samo na planeti Zemlji, već i u Svemiru. Zvijezde (uključujući naše Sunce) su sastavljene od njega, prostor između njih je ispunjen njime. Vodik sudjeluje u reakcijama fuzije i također može formirati oblake.
U zemljinoj kori, ovaj element zauzima samo oko postotak ukupne količine materije. Njegova uloga u našem ekosustavu može se procijeniti činjenicom da je broj atoma vodika drugi po broju nakon kisika. Gotovo sve na našoj planetirezerve H2 su u vezanom stanju. Vodik je sastavni dio svih živih bića.
Koristite
Tekući vodik (temperatura -252 Celzijeva stupnja) koristi se u obliku obrasca za skladištenje benzina i drugih derivata prerade nafte. Osim toga, trenutno se stvaraju koncepti transporta koji bi kao gorivo umjesto prirodnog plina mogli koristiti ukapljeni vodik. Time bi se smanjili troškovi vađenja vrijednih minerala i smanjile emisije u atmosferu. Ali do sada, optimalan dizajn motora nije pronađen.
Tekući vodik fizičari aktivno koriste kao rashladno sredstvo u svojim eksperimentima s neutronima. Budući da su masa elementarne čestice i jezgre vodika gotovo jednake, razmjena energije između njih je vrlo učinkovita.
Prednosti i prepreke
Tekući vodik može usporiti zagrijavanje atmosfere i smanjiti količinu stakleničkih plinova ako se koristi kao gorivo za automobile. Kada stupi u interakciju sa zrakom (nakon prolaska kroz motor s unutarnjim izgaranjem), nastat će voda i mala količina dušikovog oksida.
Međutim, ova ideja ima svoje poteškoće, na primjer, način skladištenja i transporta plina, kao i povećani rizik od paljenja ili čak eksplozije. Čak i uz sve mjere opreza, isparavanje vodika se ne može spriječiti.
Raketno gorivo
Tekući vodik (temperatura skladištenja do 20 Kelvina) je jedan odpogonske komponente. Ima nekoliko funkcija:
- Hlađenje komponenti motora i zaštita mlaznice od pregrijavanja.
- Pružanje potiska nakon miješanja s kisikom i zagrijavanja.
Moderni raketni motori rade na kombinaciji vodika i kisika. To pomaže u postizanju prave brzine za prevladavanje gravitacije zemlje i istovremeno sprječavanje izlaganja svih dijelova zrakoplova previsokim temperaturama.
Trenutno postoji samo jedna raketa koja koristi vodik kao gorivo. U većini slučajeva tekući vodik je potreban za odvajanje gornjih stupnjeva raketa ili u onim uređajima koji će većinu posla obaviti u vakuumu. Istraživači su predložili korištenje poluzamrznutog oblika ovog elementa kako bi se povećala njegova gustoća.
