Šķidrais ūdeņradis ir viens no ūdeņraža agregācijas stāvokļiem. Šim elementam ir arī gāzveida un cietais stāvoklis. Un, ja gāzveida forma daudziem ir labi zināma, tad pārējie divi galējie stāvokļi rada jautājumus.
Vēsture
Šķidrais ūdeņradis tika iegūts tikai pagājušā gadsimta trīsdesmitajos gados, bet pirms tam ķīmija ir gājusi lielu ceļu, apgūstot šo gāzes uzglabāšanas un pielietošanas metodi.
Mākslīgo dzesēšanu sāka eksperimentāli izmantot astoņpadsmitā gadsimta vidū Anglijā. 1984. gadā tika iegūts sašķidrināts sēra dioksīds un amonjaks. Pamatojoties uz šiem pētījumiem, divdesmit gadus vēlāk tika izstrādāts pirmais ledusskapis, un trīsdesmit gadus vēlāk Perkins iesniedza oficiālu patentu savam izgudrojumam. 1851. gadā otrpus Atlantijas okeānam Džons Gorijs pieprasīja tiesības izveidot gaisa kondicionētāju.
Par ūdeņradi nonāca tikai 1885. gadā, kad polis Vrubļevskis savā rakstā paziņoja, ka šī elementa viršanas temperatūra ir 23 Kelvini, maksimālā temperatūra ir 33 Kelvini, bet kritiskais spiediens ir 13 atmosfēras. Pēc šī paziņojuma Džeimss Devars mēģināja izveidot šķidru ūdeņradibeigās, bet stabilu vielu viņš nedabūja.
Fizikālās īpašības
Šim agregācijas stāvoklim raksturīgs ļoti zems vielas blīvums – simtdaļas gramu uz kubikcentimetru. Tas ļauj izmantot salīdzinoši mazus konteinerus šķidrā ūdeņraža uzglabāšanai. Viršanas temperatūra ir tikai 20 Kelvini (-252 Celsija), un šī viela sasalst jau pie 14 Kelviniem.
Šķidrums ir bez smaržas, bezkrāsas un bez garšas. Sajaukšana ar skābekli pusi no laika var izraisīt sprādzienu. Sasniedzot viršanas temperatūru, ūdeņradis pārvēršas gāzveida stāvoklī, un tā tilpums palielinās par 850 reizēm.
Pēc sašķidrināšanas ūdeņradi ievieto izolētos tvertnēs, kas uztur zemu spiedienu un temperatūru no 15 līdz 19 kelviniem.
Ūdeņraža pārpilnība
Šķidrais ūdeņradis tiek ražots mākslīgi un dabā nerodas. Ja neņem vērā agregātus, tad ūdeņradis ir visizplatītākais elements ne tikai uz planētas Zeme, bet arī Visumā. Zvaigznes (arī mūsu Saule) sastāv no tā, telpa starp tām ir piepildīta ar to. Ūdeņradis piedalās kodolsintēzes reakcijās un var arī veidot mākoņus.
Zemes garozā šis elements aizņem tikai aptuveni procentu no visa matērijas daudzuma. Tās lomu mūsu ekosistēmā var novērtēt ar to, ka ūdeņraža atomu skaits ir otrajā vietā pēc skābekļa. Gandrīz viss uz mūsu planētasrezerves H2 ir saistītā stāvoklī. Ūdeņradis ir visu dzīvo būtņu neatņemama sastāvdaļa.
Izmantot
Šķidrais ūdeņradis (temperatūra -252 grādi pēc Celsija) tiek izmantots formas veidā benzīna un citu naftas pārstrādes atvasinājumu uzglabāšanai. Turklāt šobrīd tiek veidotas transporta koncepcijas, kurās dabasgāzes vietā kā degvielu varētu izmantot sašķidrinātu ūdeņradi. Tas samazinātu vērtīgo derīgo izrakteņu ieguves izmaksas un samazinātu emisijas atmosfērā. Taču līdz šim optimālā dzinēja konstrukcija nav atrasta.
Fiziķi kā dzesēšanas šķidrumu savos eksperimentos ar neitroniem aktīvi izmanto šķidro ūdeņradi. Tā kā elementārdaļiņas un ūdeņraža kodola masa ir gandrīz vienāda, enerģijas apmaiņa starp tām ir ļoti efektīva.
Priekšrocības un šķēršļi
Šķidrais ūdeņradis var palēnināt atmosfēras sasilšanu un samazināt siltumnīcefekta gāzu daudzumu, ja to izmanto kā degvielu automašīnām. Kad tas mijiedarbojas ar gaisu (pēc izlaišanas caur iekšdedzes dzinēju), veidosies ūdens un neliels daudzums slāpekļa oksīda.
Tomēr šai idejai ir savas grūtības, piemēram, gāzes uzglabāšanas un transportēšanas veids, kā arī paaugstināts aizdegšanās vai pat sprādziena risks. Pat ievērojot visus piesardzības pasākumus, ūdeņraža iztvaikošanu nevar novērst.
Raķešu degviela
Šķidrais ūdeņradis (uzglabāšanas temperatūra līdz 20 kelviniem) ir viens nopropelentu sastāvdaļas. Tam ir vairākas funkcijas:
- Dzinēja komponentu dzesēšana un sprauslas aizsardzība pret pārkaršanu.
- Nodrošina vilci pēc sajaukšanas ar skābekli un karsēšanu.
Mūsdienu raķešu dzinēji darbojas ar ūdeņraža un skābekļa kombināciju. Tas palīdz sasniegt pareizo ātrumu, lai pārvarētu zemes gravitāciju, un tajā pašā laikā visas lidmašīnas daļas nepakļautu pārmērīgai temperatūrai.
Šobrīd ir tikai viena raķete, kas kā degvielu izmanto ūdeņradi. Vairumā gadījumu šķidrais ūdeņradis ir nepieciešams, lai atdalītu raķešu augšējos posmus vai tajās ierīcēs, kuras lielāko daļu darba veiks vakuumā. Pētnieki ir ierosinājuši izmantot daļēji sasaldētu šī elementa formu, lai palielinātu tā blīvumu.
