O hidrogênio líquido é um dos estados de agregação do hidrogênio. Há também um estado gasoso e sólido deste elemento. E se a forma gasosa é bem conhecida por muitos, então os outros dois estados extremos levantam questões.
Histórico
O hidrogênio líquido foi obtido apenas nos anos trinta do século passado, mas antes disso, a química percorreu um longo caminho para dominar esse método de armazenamento e aplicação de gás.
O resfriamento artificial começou a ser usado experimentalmente em meados do século XVIII na Inglaterra. Em 1984, foram obtidos dióxido de enxofre liquefeito e amônia. Com base nesses estudos, vinte anos depois, o primeiro refrigerador foi desenvolvido e, trinta anos depois, Perkins registrou uma patente oficial para sua invenção. Em 1851, do outro lado do Oceano Atlântico, John Gorey reivindicou os direitos de criar um ar condicionado.
Chegou ao hidrogênio apenas em 1885, quando o polonês Wroblewski anunciou em seu artigo o fato de que o ponto de ebulição desse elemento é 23 Kelvin, a temperatura de pico é 33 Kelvin e a pressão crítica é 13 atmosferas. Após esta declaração, James Dewar tentou criar hidrogênio líquido emno final do século 19, mas ele não conseguiu uma substância estável.
Propriedades físicas
Este estado de agregação é caracterizado por uma densidade muito baixa de matéria - centésimos de gramas por centímetro cúbico. Isso torna possível usar recipientes relativamente pequenos para armazenar hidrogênio líquido. O ponto de ebulição é de apenas 20 Kelvin (-252 Celsius), e essa substância já congela a 14 Kelvin.
O líquido é inodoro, incolor e insípido. Misturá-lo com oxigênio pode levar a uma explosão na metade do tempo. Ao atingir o ponto de ebulição, o hidrogênio passa para o estado gasoso e seu volume aumenta 850 vezes.
Após a liquefação, o hidrogênio é colocado em recipientes isolados que são mantidos a baixa pressão e a temperaturas entre 15 e 19 Kelvin.
Abundância de hidrogênio
O hidrogênio líquido é produzido artificialmente e não ocorre no ambiente natural. Se não levarmos em conta os estados agregados, o hidrogênio é o elemento mais comum não apenas no planeta Terra, mas também no Universo. As estrelas (incluindo o nosso Sol) são compostas por ela, o espaço entre elas é preenchido com ela. O hidrogênio participa das reações de fusão e também pode formar nuvens.
Na crosta terrestre, este elemento ocupa apenas cerca de um por cento da quantidade total de matéria. Seu papel em nosso ecossistema pode ser apreciado pelo fato de que o número de átomos de hidrogênio perde apenas para o oxigênio em número. Quase tudo em nosso planetareservas H2 estão em um estado vinculado. O hidrogênio é parte integrante de todos os seres vivos.
Usar
O hidrogênio líquido (temperatura -252 graus Celsius) é usado na forma de uma forma de armazenamento de gasolina e outros derivados do refino de petróleo. Além disso, atualmente estão sendo criados conceitos de transporte que poderiam usar hidrogênio liquefeito como combustível em vez de gás natural. Isso reduziria o custo de extração de minerais valiosos e reduziria as emissões na atmosfera. Mas até agora, o design ideal do motor não foi encontrado.
O hidrogênio líquido é usado ativamente pelos físicos como refrigerante em seus experimentos com nêutrons. Como a massa da partícula elementar e do núcleo de hidrogênio são quase iguais, a troca de energia entre eles é muito eficiente.
Benefícios e obstáculos
O hidrogênio líquido pode retardar o aquecimento da atmosfera e reduzir a quantidade de gases de efeito estufa se usado como combustível para carros. Ao interagir com o ar (após passar por um motor de combustão interna), forma-se água e uma pequena quantidade de óxido de nitrogênio.
No entanto, essa ideia tem suas próprias dificuldades, por exemplo, a forma como o gás é armazenado e transportado, bem como o aumento do risco de ignição ou mesmo explosão. Mesmo com todas as precauções, a evaporação do hidrogênio não pode ser evitada.
Combustível para foguetes
O hidrogênio líquido (temperatura de armazenamento de até 20 Kelvin) é um doscomponentes propulsores. Tem várias funções:
- Resfriando os componentes do motor e protegendo o bico contra superaquecimento.
- Fornecendo impulso após a mistura com oxigênio e aquecimento.
Motores de foguete modernos funcionam com uma combinação de hidrogênio-oxigênio. Isso ajuda a atingir a velocidade certa para vencer a gravidade da terra e, ao mesmo tempo, evitar que todas as partes da aeronave as exponham a temperaturas excessivas.
Atualmente, há apenas um foguete que usa hidrogênio como combustível. Na maioria dos casos, o hidrogênio líquido é necessário para separar os estágios superiores dos foguetes ou naqueles dispositivos que farão a maior parte do trabalho no vácuo. Houve sugestões de pesquisadores para usar uma forma semicongelada desse elemento para aumentar sua densidade.
