L'idrogeno liquido è uno degli stati di aggregazione dell'idrogeno. C'è anche uno stato gassoso e solido di questo elemento. E se la forma gassosa è ben nota a molti, allora gli altri due stati estremi sollevano domande.
Cronologia
L'idrogeno liquido è stato ottenuto solo negli anni Trenta del secolo scorso, ma prima ancora, la chimica ha fatto molta strada nel padroneggiare questo metodo di stoccaggio e applicazione del gas.
Il raffreddamento artificiale iniziò ad essere utilizzato sperimentalmente a metà del diciottesimo secolo in Inghilterra. Nel 1984 si ottengono anidride solforosa e ammoniaca liquefatte. Sulla base di questi studi, vent'anni dopo fu sviluppato il primo frigorifero e trent'anni dopo Perkins depositò un brevetto ufficiale per la sua invenzione. Nel 1851, dall' altra parte dell'Oceano Atlantico, John Gorey rivendicò i diritti per creare un condizionatore d'aria.
Si arrivò all'idrogeno solo nel 1885, quando il polacco Wroblewski annunciò nel suo articolo il fatto che il punto di ebollizione di questo elemento è di 23 Kelvin, la temperatura di picco è di 33 Kelvin e la pressione critica è di 13 atmosfere. Dopo questa affermazione, James Dewar ha cercato di creare idrogeno liquidoalla fine del 19° secolo, ma non ottenne una sostanza stabile.
Proprietà fisiche
Questo stato di aggregazione è caratterizzato da una densità di materia molto bassa - centesimi di grammi per centimetro cubo. Ciò consente di utilizzare contenitori relativamente piccoli per immagazzinare idrogeno liquido. Il punto di ebollizione è di soli 20 Kelvin (-252 Celsius), e questa sostanza si congela già a 14 Kelvin.
Il liquido è inodore, incolore e insapore. Mescolarlo con l'ossigeno può portare a un'esplosione la metà delle volte. Al raggiungimento del punto di ebollizione, l'idrogeno si trasforma in uno stato gassoso e il suo volume aumenta di 850 volte.
Dopo la liquefazione, l'idrogeno viene posto in contenitori isolati che mantengono bassa pressione e temperature comprese tra 15 e 19 Kelvin.
Abbondanza di idrogeno
L'idrogeno liquido viene prodotto artificialmente e non si trova naturalmente. Se non prendiamo in considerazione gli stati aggregati, l'idrogeno è l'elemento più comune non solo sul pianeta Terra, ma anche nell'Universo. Le stelle (compreso il nostro Sole) ne sono composte, lo spazio tra loro ne è riempito. L'idrogeno partecipa alle reazioni di fusione e può anche formare nuvole.
Nella crosta terrestre, questo elemento occupa solo una percentuale circa della quantità totale di materia. Il suo ruolo nel nostro ecosistema può essere apprezzato dal fatto che il numero di atomi di idrogeno è secondo solo all'ossigeno per numero. Quasi tutto sul nostro pianetale riserve H2 sono in uno stato vincolato. L'idrogeno è parte integrante di tutti gli esseri viventi.
Usa
L'idrogeno liquido (temperatura -252 gradi Celsius) viene utilizzato sotto forma di una forma per immagazzinare benzina e altri derivati della raffinazione del petrolio. Inoltre, sono attualmente in fase di creazione concetti di trasporto che potrebbero utilizzare l'idrogeno liquefatto come carburante invece del gas naturale. Ciò ridurrebbe il costo dell'estrazione di minerali preziosi e ridurrebbe le emissioni nell'atmosfera. Ma finora non è stato trovato il design ottimale del motore.
L'idrogeno liquido viene utilizzato attivamente dai fisici come refrigerante nei loro esperimenti con i neutroni. Poiché la massa della particella elementare e del nucleo di idrogeno sono quasi uguali, lo scambio di energia tra loro è molto efficiente.
Vantaggi e ostacoli
L'idrogeno liquido può rallentare il riscaldamento dell'atmosfera e ridurre la quantità di gas serra se utilizzato come carburante per le automobili. Quando interagisce con l'aria (dopo essere passata attraverso un motore a combustione interna), si formano acqua e una piccola quantità di ossido di azoto.
Tuttavia, questa idea ha le sue difficoltà, ad esempio il modo in cui il gas viene immagazzinato e trasportato, nonché l'aumento del rischio di ignizione o addirittura di esplosione. Anche con tutte le precauzioni, l'evaporazione dell'idrogeno non può essere impedita.
Carburante per razzi
L'idrogeno liquido (temperatura di stoccaggio fino a 20 Kelvin) è uno deicomponenti del propellente. Ha diverse funzioni:
- Raffreddamento dei componenti del motore e protezione dell'ugello dal surriscaldamento.
- Fornire spinta dopo la miscelazione con ossigeno e riscaldamento.
I moderni motori a razzo funzionano con una combinazione di idrogeno e ossigeno. Questo aiuta a raggiungere la giusta velocità per superare la gravità della terra e allo stesso tempo evitare che tutte le parti dell'aeromobile le espongano a temperature eccessive.
Attualmente, esiste un solo razzo che utilizza l'idrogeno come carburante. Nella maggior parte dei casi, l'idrogeno liquido è necessario per separare gli stadi superiori dei razzi o in quei dispositivi che faranno la maggior parte del lavoro nel vuoto. I ricercatori hanno suggerito di utilizzare una forma semicongelata di questo elemento per aumentarne la densità.
