Рідкий водень – одне з агрегатних станів водню. Виділяють ще газоподібний і твердий стан цього елемента. І якщо газоподібна форма добре знайома багатьом, то інші два крайніх стану викликають питання.

Історія

Рідкий водень був отриманий тільки в тридцятих роках минулого століття, але до цього хімія пройшла довгий шлях з освоєння такого способу зберігання газів та застосування. Штучне охолодження експериментально почали застосовувати в середині вісімнадцятого століття в Англії. У 1984 році отримали зріджений 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.


Справа дійшла До водню тільки в 1885 році, коли поляк Вроблевский анонсував у своїй статті той факт, що точка кипіння цього елемента дорівнює 23 Кельвинам, пік температури – 33 Кельвинам, а критичне 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 маленькі ємності, щоб зберігати рідкий водень. Температура кипіння дорівнює всього 20 Кельвинам (-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 об'єм збільшується у 850 разів. Після зрідження 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 в розрахунок агрегатні стани, водень – найпоширеніший елемент не тільки на планеті Земля, але й у Всесвіті. З нього складаються зірки (в тому числі і наше Сонце), їм заповнено простір між ними. Водень бере участь в реакції термоядерного синтезу, а також може утворювати хмари. В земній корі елемент займає всього лише близько одного відсотка від усієї кількості речовини. Його роль у нашій екосистемі можна оцінити по тому факту, що число атомів водню за кількістю поступається лише кисню. На нашій планеті практично всі запаси Н 2 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 і перешкоди

Рідкий водень дає можливість уповільнити 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 незначна кількість оксиду азоту. Однак у цієї ідеї є і свої труднощі, наприклад, спосіб зберігання і транспортування газу, а також підвищена небезпека займання або навіть вибуху. Навіть за умови дотримання всіх заходів безпеки 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 використовує водень як паливо. У більшості випадків рідкий водень, необхідний для відділення верхніх ступенів ракет або у тих апаратах, які більшу частину роботи проведуть у вакуумі. Від дослідників надходили пропозиції використовувати наполовину заморожену форму цього елемента, щоб підвищити його щільність.