Vedel vesinik on üks vesiniku agregatsiooni olekutest. Sellel elemendil on ka gaasiline ja tahke olek. Ja kui gaasiline vorm on paljudele hästi teada, tekitab küsimusi ülejäänud kaks äärmuslikku olekut.
Ajalugu
Vedelat vesinikku saadi alles eelmise sajandi kolmekümnendatel aastatel, kuid enne seda on keemia selle gaasi säilitamise ja kasutamise meetodi valdamisel kaugele jõudnud.
Kunstlikku jahutust hakati katseliselt kasutama XVIII sajandi keskel Inglismaal. 1984. aastal saadi veeldatud vääveldioksiidi ja ammoniaaki. Nende uuringute põhjal töötati kakskümmend aastat hiljem välja esimene külmkapp ja kolmkümmend aastat hiljem esitas Perkins oma leiutisele ametliku patendi. Aastal 1851, teisel pool Atlandi ookeani, nõudis John Gorey õigusi luua konditsioneer.
Vesinikuni jõudis see alles 1885. aastal, kui poolakas Wroblewski teatas oma artiklis, et selle elemendi keemistemperatuur on 23 Kelvinit, tipptemperatuur on 33 Kelvinit ja kriitiline rõhk 13 Atmosfääri. Pärast seda avaldust üritas James Dewar luua vedelat vesinikku19. sajandi lõpus, kuid ta ei saanud stabiilset ainet.
Füüsikalised omadused
Seda agregatsiooni olekut iseloomustab väga madal ainetihedus – sajandikuid gramme kuupsentimeetri kohta. See võimaldab vedela vesiniku hoidmiseks kasutada suhteliselt väikeseid mahuteid. Keemistemperatuur on ainult 20 Kelvinit (-252 Celsiust) ja see aine külmub juba 14 Kelvini juures.
Vedelik on lõhnatu, värvitu ja maitsetu. Selle segamine hapnikuga võib poolel juhtudel põhjustada plahvatuse. Keemispunkti saavutamisel muutub vesinik gaasiliseks ja selle maht suureneb 850 korda.
Pärast veeldamist asetatakse vesinik isoleeritud anumatesse, mida hoitakse madalal rõhul ja temperatuuril 15–19 kelvinit.
Vesiniku rohkus
Vedelat vesinikku toodetakse kunstlikult ja seda looduslikus keskkonnas ei esine. Kui agregaatolekuid mitte arvestada, siis on vesinik mitte ainult planeedil Maa, vaid ka universumis kõige levinum element. Tähed (ka meie Päike) koosnevad sellest, nendevaheline ruum on sellega täidetud. Vesinik osaleb termotuumasünteesi reaktsioonides ja võib moodustada ka pilvi.
Maakoores moodustab see element aine koguhulgast vaid umbes protsendi. Selle rolli meie ökosüsteemis saab hinnata selle järgi, et vesinikuaatomite arv on hapniku järel teisel kohal. Peaaegu kõik meie planeedilreservid H2 on seotud olekus. Vesinik on kõigi elusolendite lahutamatu osa.
Kasuta
Vedelat vesinikku (temperatuur -252 kraadi Celsiuse järgi) kasutatakse bensiini ja muude nafta rafineerimise derivaatide hoidmiseks mõeldud vormi kujul. Lisaks luuakse praegu transpordikontseptsioone, mis võiksid maagaasi asemel kütusena kasutada veeldatud vesinikku. See vähendaks väärtuslike maavarade kaevandamise kulusid ja heidet atmosfääri. Kuid siiani pole optimaalset mootorikonstruktsiooni leitud.
Füüsikud kasutavad neutronitega katsetes jahutusvedelikuna aktiivselt vedelat vesinikku. Kuna elementaarosakese ja vesiniku tuuma mass on peaaegu võrdne, on nendevaheline energiavahetus väga tõhus.
Kasu ja takistused
Vedel vesinik võib aeglustada atmosfääri soojenemist ja vähendada kasvuhoonegaaside hulka, kui seda kasutatakse autode kütusena. Kui see interakteerub õhuga (pärast sisepõlemismootori läbimist), moodustub vesi ja väike kogus lämmastikoksiidi.
Sellel ideel on aga omad raskused, näiteks gaasi ladustamise ja transportimise viis, samuti suurenenud süttimis- või isegi plahvatusoht. Isegi kõigi ettevaatusabinõudega ei saa vesiniku aurustumist vältida.
Raketikütus
Vedel vesinik (säilitustemperatuur kuni 20 kelvinit) on üksraketikütuse komponendid. Sellel on mitu funktsiooni:
- Mootori komponentide jahutamine ja düüsi kaitsmine ülekuumenemise eest.
- Tõukejõu tagamine pärast hapnikuga segamist ja kuumutamist.
Kaasaegsed rakettmootorid töötavad vesiniku-hapniku kombinatsioonil. See aitab saavutada õige kiiruse, et ületada maa raskusjõud ja samal ajal hoida kõiki õhusõiduki osi liigse temperatuuri eest.
Praegu on ainult üks rakett, mis kasutab kütusena vesinikku. Enamasti on vedelat vesinikku vaja rakettide ülemiste astmete eraldamiseks või nendes seadmetes, mis teevad suurema osa tööst vaakumis. Teadlased on soovitanud kasutada selle elemendi tiheduse suurendamiseks pooleldi külmutatud kujul.
