Vloeibare waterstof is een van de aggregatietoestanden van waterstof. Er is ook een gasvormige en vaste toestand van dit element. En als de gasvorm bij velen bekend is, roepen de andere twee extreme toestanden vragen op.
Geschiedenis
Vloeibare waterstof werd pas in de jaren dertig van de vorige eeuw verkregen, maar daarvoor heeft de chemie een lange weg afgelegd om deze methode van gasopslag en -toepassing onder de knie te krijgen.
Kunstmatige koeling begon experimenteel te worden gebruikt in het midden van de achttiende eeuw in Engeland. In 1984 werden vloeibaar gemaakt zwaveldioxide en ammoniak verkregen. Op basis van deze onderzoeken werd twintig jaar later de eerste koelkast ontwikkeld en dertig jaar later diende Perkins een officieel patent in op zijn uitvinding. In 1851, aan de andere kant van de Atlantische Oceaan, claimde John Gorey de rechten om een airconditioner te maken.
Het kwam pas tot waterstof in 1885, toen de Pool Wroblewski in zijn artikel aankondigde dat het kookpunt van dit element 23 Kelvin is, de piektemperatuur 33 Kelvin en de kritische druk 13 atmosfeer. Na deze verklaring probeerde James Dewar vloeibare waterstof te maken inhet einde van de 19e eeuw, maar hij kreeg geen stabiele substantie.
Fysieke eigenschappen
Deze staat van aggregatie wordt gekenmerkt door een zeer lage dichtheid van materie - honderdsten van grammen per kubieke centimeter. Hierdoor is het mogelijk om met relatief kleine containers vloeibare waterstof op te slaan. Het kookpunt is slechts 20 Kelvin (-252 Celsius), en deze stof bevriest al bij 14 Kelvin.
De vloeistof is geur-, kleur- en smaakloos. Vermenging met zuurstof kan de helft van de tijd tot een explosie leiden. Bij het bereiken van het kookpunt verandert waterstof in een gasvormige toestand en het volume neemt 850 keer toe.
Na het vloeibaar maken wordt de waterstof in geïsoleerde containers geplaatst die een lage druk en temperaturen tussen 15 en 19 Kelvin handhaven.
Waterstof overvloed
Vloeibare waterstof wordt kunstmatig geproduceerd en komt niet van nature voor. Als we geen rekening houden met geaggregeerde toestanden, dan is waterstof het meest voorkomende element, niet alleen op planeet Aarde, maar ook in het heelal. Sterren (inclusief onze zon) zijn er uit samengesteld, de ruimte ertussen is ermee gevuld. Waterstof neemt deel aan fusiereacties en kan ook wolken vormen.
In de aardkorst neemt dit element slechts ongeveer een procent van de totale hoeveelheid materie in beslag. Zijn rol in ons ecosysteem kan worden gewaardeerd door het feit dat het aantal waterstofatomen in aantal op de tweede plaats komt na zuurstof. Bijna alles op onze planeetreserves H2 bevinden zich in een gebonden staat. Waterstof is een integraal onderdeel van alle levende wezens.
Gebruik
Vloeibare waterstof (temperatuur -252 graden Celsius) wordt gebruikt in de vorm van een vorm voor de opslag van benzine en andere derivaten van olieraffinage. Daarnaast worden momenteel vervoersconcepten ontwikkeld die vloeibare waterstof als brandstof kunnen gebruiken in plaats van aardgas. Dit zou de kosten van de winning van waardevolle mineralen verlagen en de uitstoot in de atmosfeer verminderen. Maar tot nu toe is het optimale motorontwerp niet gevonden.
Vloeibare waterstof wordt door natuurkundigen actief gebruikt als koelmiddel in hun experimenten met neutronen. Aangezien de massa van het elementaire deeltje en de waterstofkern bijna gelijk zijn, is de uitwisseling van energie tussen hen zeer efficiënt.
Voordelen en obstakels
Vloeibare waterstof kan de opwarming van de atmosfeer vertragen en de hoeveelheid broeikasgassen verminderen als het wordt gebruikt als brandstof voor auto's. Wanneer het in wisselwerking staat met lucht (nadat het door een verbrandingsmotor is gegaan), wordt water en een kleine hoeveelheid stikstofoxide gevormd.
Dit idee heeft echter zijn eigen problemen, bijvoorbeeld de manier waarop het gas wordt opgeslagen en getransporteerd, evenals het verhoogde risico op ontsteking of zelfs explosie. Zelfs met alle voorzorgsmaatregelen kan waterstofverdamping niet worden voorkomen.
Raketbrandstof
Vloeibare waterstof (opslagtemperatuur tot 20 Kelvin) is een van dedrijfgas componenten. Het heeft verschillende functies:
- Koeling van motoronderdelen en bescherming van het mondstuk tegen oververhitting.
- Biedt stuwkracht na mengen met zuurstof en verwarming.
Moderne raketmotoren draaien op een waterstof-zuurstofcombinatie. Dit helpt om de juiste snelheid te bereiken om de zwaartekracht van de aarde te overwinnen en tegelijkertijd te voorkomen dat alle delen van het vliegtuig ze blootstellen aan extreme temperaturen.
Momenteel is er maar één raket die waterstof als brandstof gebruikt. In de meeste gevallen is vloeibare waterstof nodig om de bovenste trappen van raketten te scheiden of in die apparaten die het meeste werk in een vacuüm zullen doen. Er zijn suggesties van onderzoekers om een halfbevroren vorm van dit element te gebruiken om de dichtheid te vergroten.
