Kvapalný vodík je jedným zo stavov agregácie vodíka. Existuje aj plynné a pevné skupenstvo tohto prvku. A ak je plynná forma mnohým dobre známa, potom ďalšie dva extrémne stavy vyvolávajú otázky.
História
Kvapalný vodík sa získaval len v tridsiatych rokoch minulého storočia, no predtým chémia prešla dlhú cestu v zvládnutí tohto spôsobu skladovania a aplikácie plynu.
Umelé chladenie sa začalo experimentálne využívať v polovici 18. storočia v Anglicku. V roku 1984 sa získal skvapalnený oxid siričitý a amoniak. Na základe týchto štúdií bola o dvadsať rokov neskôr vyvinutá prvá chladnička a o tridsať rokov neskôr podal Perkins oficiálny patent na svoj vynález. V roku 1851 si John Gorey na druhej strane Atlantického oceánu nárokoval práva na vytvorenie klimatizácie.
K vodíku došlo až v roku 1885, keď Poliak Wroblewski vo svojom článku oznámil, že bod varu tohto prvku je 23 Kelvinov, maximálna teplota je 33 Kelvinov a kritický tlak je 13 atmosfér. Po tomto vyhlásení sa James Dewar pokúsil vytvoriť kvapalný vodíkkoncom 19. storočia, ale nezískal stabilnú látku.
Fyzikálne vlastnosti
Tento stav agregácie sa vyznačuje veľmi nízkou hustotou hmoty – stotiny gramov na centimeter kubický. To umožňuje použiť relatívne malé nádoby na skladovanie kvapalného vodíka. Bod varu je len 20 Kelvinov (-252 Celzia) a táto látka zamŕza už pri 14 Kelvinoch.
Kvapalina je bez zápachu, farby a chuti. Zmiešanie s kyslíkom môže polovicu času viesť k výbuchu. Po dosiahnutí bodu varu vodík prechádza do plynného skupenstva a jeho objem sa zväčší 850-krát.
Po skvapalnení sa vodík umiestni do izolovaných nádob, ktoré sa udržiavajú pri nízkom tlaku a teplotách medzi 15 a 19 Kelvinmi.
Abundancia vodíka
Kvapalný vodík sa vyrába umelo a nevyskytuje sa v prírodnom prostredí. Ak neberieme do úvahy agregované stavy, tak vodík je najbežnejším prvkom nielen na planéte Zem, ale aj vo vesmíre. Hviezdy (vrátane nášho Slnka) sú z neho zložené, priestor medzi nimi je ním vyplnený. Vodík sa zúčastňuje fúznych reakcií a môže tiež vytvárať oblaky.
V zemskej kôre tento prvok zaberá len asi percento z celkového množstva hmoty. Jeho úlohu v našom ekosystéme možno oceniť tým, že počtom atómov vodíka je na druhom mieste za kyslíkom. Takmer všetko na našej planéterezervy H2 sú vo viazanom stave. Vodík je neoddeliteľnou súčasťou všetkých živých bytostí.
Použiť
Kvapalný vodík (teplota -252 stupňov Celzia) sa používa vo forme na skladovanie benzínu a iných derivátov z rafinácie ropy. Okrem toho v súčasnosti vznikajú koncepcie dopravy, ktoré by mohli namiesto zemného plynu využívať ako palivo skvapalnený vodík. Tým by sa znížili náklady na ťažbu cenných nerastov a znížili by sa emisie do atmosféry. Zatiaľ sa však nepodarilo nájsť optimálnu konštrukciu motora.
Kvapalný vodík aktívne využívajú fyzici ako chladivo pri experimentoch s neutrónmi. Keďže hmotnosť elementárnej častice a jadra vodíka sú takmer rovnaké, výmena energie medzi nimi je veľmi efektívna.
Výhody a prekážky
Kvapalný vodík môže spomaliť otepľovanie atmosféry a znížiť množstvo skleníkových plynov, ak sa používa ako palivo pre autá. Pri interakcii so vzduchom (po prechode spaľovacím motorom) sa vytvorí voda a malé množstvo oxidu dusíka.
Táto myšlienka má však svoje úskalia, napríklad spôsob skladovania a prepravy plynu, ako aj zvýšené riziko vznietenia či dokonca výbuchu. Ani pri všetkých preventívnych opatreniach nie je možné zabrániť vyparovaniu vodíka.
Raketové palivo
Kvapalný vodík (skladovacia teplota do 20 Kelvinov) je jedným zkomponenty pohonnej hmoty. Má niekoľko funkcií:
- Chladenie komponentov motora a ochrana trysky pred prehriatím.
- Poskytuje ťah po zmiešaní s kyslíkom a zahrievaní.
Moderné raketové motory pracujú na kombinácii vodík-kyslík. Pomáha to dosiahnuť správnu rýchlosť na prekonanie zemskej gravitácie a zároveň zabrániť tomu, aby boli všetky časti lietadla vystavené nadmerným teplotám.
V súčasnosti existuje iba jedna raketa, ktorá využíva vodík ako palivo. Vo väčšine prípadov je kvapalný vodík potrebný na oddelenie horných stupňov rakiet alebo v tých zariadeniach, ktoré budú robiť väčšinu práce vo vákuu. Výskumníci navrhli použiť napoly zmrazenú formu tohto prvku na zvýšenie jeho hustoty.
