Skystas vandenilis yra viena iš vandenilio agregacijos būsenų. Taip pat yra dujinė ir kieta šio elemento būsena. Ir jei dujinė forma daugeliui gerai žinoma, kitos dvi kraštutinės būsenos kelia klausimų.
Istorija
Skystas vandenilis buvo gautas tik praėjusio amžiaus trečiajame dešimtmetyje, tačiau prieš tai chemija nuėjo ilgą kelią įvaldydama šį dujų laikymo ir taikymo būdą.
Dirbtinis aušinimas pradėtas eksperimentiškai naudoti XVIII amžiaus viduryje Anglijoje. 1984 metais buvo gautas suskystintas sieros dioksidas ir amoniakas. Remiantis šiais tyrimais, po dvidešimties metų buvo sukurtas pirmasis šaldytuvas, o po trisdešimties metų Perkinsas pateikė oficialų savo išradimo patentą. 1851 m. kitoje Atlanto vandenyno pusėje Johnas Gorey pareiškė teises sukurti oro kondicionierių.
Prie vandenilio jis atėjo tik 1885 m., kai lenkas Vrublevskis savo straipsnyje paskelbė faktą, kad šio elemento virimo temperatūra yra 23 Kelvinai, didžiausia temperatūra - 33 Kelvinai, o kritinis slėgis - 13 atmosferų. Po šio pareiškimo Jamesas Dewaras bandė sukurti skystą vandenilįpabaigos, bet jis negavo stabilios medžiagos.
Fizikinės savybės
Šiai agregavimo būsenai būdingas labai mažas medžiagos tankis – šimtosios gramų dalys kubiniame centimetre. Tai leidžia naudoti palyginti mažas talpyklas skystam vandeniliui laikyti. Virimo temperatūra yra tik 20 kelvinų (-252 Celsijaus), o ši medžiaga užšąla jau esant 14 kelvinų.
Skystis yra bekvapis, bespalvis ir beskonis. Sumaišius jį su deguonimi, pusę laiko gali įvykti sprogimas. Pasiekęs virimo temperatūrą, vandenilis virsta dujine būsena, o jo tūris padidėja 850 kartų.
Po suskystinimo vandenilis dedamas į izoliuotas talpyklas, kuriose palaikomas žemas slėgis ir temperatūra nuo 15 iki 19 kelvinų.
Vandenilio gausa
Skystas vandenilis gaminamas dirbtinai ir natūraliai neatsiranda. Jei neatsižvelgsime į suvestines būsenas, vandenilis yra labiausiai paplitęs elementas ne tik Žemės planetoje, bet ir Visatoje. Žvaigždės (taip pat ir mūsų Saulė) susideda iš jos, tarpas tarp jų užpildytas juo. Vandenilis dalyvauja sintezės reakcijose ir taip pat gali sudaryti debesis.
Žemės plutoje šis elementas užima tik apie procentą viso medžiagos kiekio. Jo vaidmenį mūsų ekosistemoje galima įvertinti tuo, kad vandenilio atomų skaičius yra antras po deguonies. Beveik viskas mūsų planetojerezervai H2 yra susietos būsenos. Vandenilis yra neatsiejama visų gyvų būtybių dalis.
Naudoti
Skystas vandenilis (temperatūra –252 laipsniai Celsijaus) naudojamas benzino ir kitų naftos perdirbimo darinių laikymo formoje. Be to, šiuo metu kuriamos transporto koncepcijos, pagal kurias vietoj gamtinių dujų kaip kurą būtų galima naudoti suskystintą vandenilį. Taip sumažėtų vertingų naudingųjų iškasenų gavybos kaštai ir išmetimas į atmosferą. Tačiau iki šiol optimali variklio konstrukcija nerasta.
Skystąjį vandenilį fizikai aktyviai naudoja kaip aušinimo skystį eksperimentuodami su neutronais. Kadangi elementariosios dalelės ir vandenilio branduolio masė yra beveik lygi, energijos mainai tarp jų yra labai efektyvūs.
Privalumai ir kliūtys
Skystas vandenilis gali sulėtinti atmosferos atšilimą ir sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį, jei naudojamas kaip automobilių kuras. Kai jis sąveikauja su oru (praėjęs per vidaus degimo variklį), susidarys vanduo ir nedidelis kiekis azoto oksido.
Tačiau ši idėja turi savų sunkumų, pavyzdžiui, dujų laikymo ir transportavimo būdas, taip pat padidėjusi užsidegimo ar net sprogimo rizika. Net ir laikantis visų atsargumo priemonių negalima išvengti vandenilio išgaravimo.
Raketų kuras
Skystas vandenilis (laikymo temperatūra iki 20 kelvinų) yra vienas išraketinio kuro komponentai. Jis turi keletą funkcijų:
- Variklio komponentų aušinimas ir purkštuko apsauga nuo perkaitimo.
- Suteikia trauką sumaišius su deguonimi ir kaitinant.
Šiuolaikiniai raketų varikliai veikia naudojant vandenilio ir deguonies derinį. Tai padeda pasiekti reikiamą greitį, kad būtų įveikta žemės gravitacija, ir tuo pačiu metu visos orlaivio dalys nepaveiktų per didelės temperatūros.
Šiuo metu yra tik viena raketa, kuri kaip kurą naudoja vandenilį. Daugeliu atvejų skystas vandenilis reikalingas viršutinėms raketų pakopoms atskirti arba tuose įrenginiuose, kurie didžiąją dalį darbo atliks vakuume. Tyrėjai siūlė naudoti pusiau užšaldytą šio elemento formą, kad būtų padidintas jo tankis.
