Ciekły wodór - Liquid hydrogen
|
|||
Nazwy | |||
---|---|---|---|
Nazwa IUPAC
Ciekły wodór
|
|||
Inne nazwy
Wodór (ciecz kriogeniczna); wodór, schłodzony płyn; LH 2 , para-wodór
|
|||
Identyfikatory | |||
Model 3D ( JSmol )
|
|||
CZEBI | |||
ChemSpider | |||
KEGG | |||
Identyfikator klienta PubChem
|
|||
Numer RTECS | |||
UNII | |||
Numer ONZ | 1966 | ||
|
|||
|
|||
Nieruchomości | |||
H 2 | |||
Masa cząsteczkowa | 2,016 g·mol -1 | ||
Wygląd zewnętrzny | Bezbarwna ciecz | ||
Gęstość | 70,85 g/l (4,423 funta/stopę sześcienną) | ||
Temperatura topnienia | -259,14 ° C (-434,45 ° F; 14,01 K) | ||
Temperatura wrzenia | -252,87 ° C (-423,17 ° F; 20,28 K) | ||
Zagrożenia | |||
Klasyfikacja UE (DSD) (nieaktualna)
|
|||
NFPA 704 (ognisty diament) | |||
571 ° C (1060 ° F; 844 K) | |||
Granice wybuchowości | DGW 4,0%; 74,2% UEL (w powietrzu) | ||
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
|||
zweryfikuj ( co to jest ?) | |||
Referencje do infoboksu | |||
Ciekły wodór (LH2 lub LH 2 ) jest ciekły pierwiastka wodoru . Wodór znajduje się naturalnie w cząsteczkowym H 2 formy.
Aby istnieć jako ciecz, H 2 musi być schłodzony poniżej punktu krytycznego 33 K . Jednak, aby był w stanie w pełni ciekłym pod ciśnieniem atmosferycznym , H 2 musi zostać schłodzony do 20,28 K (-252,87 ° C; -423,17 ° F). Jedną z powszechnych metod otrzymywania ciekłego wodoru jest sprężarka przypominająca zarówno wyglądem, jak i zasadą silnik odrzutowy. Ciekły wodór jest zwykle używany jako stężona forma przechowywania wodoru . Podobnie jak w przypadku każdego gazu, przechowywanie go w postaci cieczy zajmuje mniej miejsca niż przechowywanie go jako gazu w normalnej temperaturze i ciśnieniu. Jednak gęstość cieczy jest bardzo niska w porównaniu z innymi powszechnymi paliwami. Po upłynnieniu może być przechowywany jako płyn w pojemnikach ciśnieniowych i izolowanych termicznie.
Istnieją dwa spinowe izomery wodoru ; ciekły wodór składa się z 99,79% parawodoru i 0,21% ortowodoru .
Historia
W 1885 Zygmunt Florenty Wróblewski opublikował temperaturę krytyczną wodoru jako 33 K; ciśnienie krytyczne, 13,3 atmosfery; i temperatura wrzenia 23 K.
Wodór został upłynniony przez Jamesa Dewara w 1898 roku przy użyciu chłodzenia regeneracyjnego i jego wynalazku, termosu . Pierwszą syntezę stabilnej formy izomerowej ciekłego wodoru, parawodoru, dokonali Paul Harteck i Karl Friedrich Bonhoeffer w 1929 roku.
Spin izomery wodoru
Dwa jądra w cząsteczce diwodoru mogą mieć dwa różne stany spinu . Parawodór, w którym dwa spiny jądrowe są antyrównoległe, jest bardziej stabilny niż ortowodór, w którym oba spiny są równoległe. W temperaturze pokojowej gazowy wodór jest głównie w postaci ortoizomerycznej ze względu na energię cieplną, ale mieszanina wzbogacona w orto jest metastabilna tylko po upłynnieniu w niskiej temperaturze. Powoli przechodzi reakcję egzotermiczną, aby stać się izomerem para, z wystarczającą ilością energii uwalnianej w postaci ciepła, aby spowodować zagotowanie części cieczy. Aby zapobiec utracie cieczy podczas długotrwałego przechowywania, jest ona zatem celowo przekształcana w izomer para w ramach procesu produkcyjnego, zwykle przy użyciu katalizatora, takiego jak tlenek żelaza(III) , węgiel aktywny , platynowany azbest, metale ziem rzadkich, związki uranu, tlenek chromu(III) lub niektóre związki niklu.
Zastosowania
Ciekły wodór jest częstym płyn paliwo rakietowe dla rakietowej zastosowań - zarówno NASA i United States Air Force obsługiwać dużą liczbę zbiorników wodoru płynnych z indywidualnym pojemności do 3,8 miliona litrów (1 milion galonów amerykańskich). W większości silników rakietowych napędzanych ciekłym wodorem najpierw schładza dyszę i inne części, zanim zostanie zmieszany z utleniaczem – zwykle ciekłym tlenem (LOX) – i spalony, aby wytworzyć wodę ze śladami ozonu i nadtlenku wodoru . Praktyczne silniki rakietowe H 2 – O 2 są bogate w paliwo, więc spaliny zawierają trochę niespalonego wodoru. Zmniejsza to erozję komory spalania i dyszy. Zmniejsza również masę cząsteczkową spalin, co może faktycznie zwiększyć impuls właściwy , pomimo niepełnego spalania.
RTECS | MW8900000 |
---|---|
PEL- OSHA | Prosty duszący |
ACGIH TLV-TWA | Prosty duszący |
Wodór płynny może być używany jako paliwo do silnika spalinowego lub ogniwa paliwowego . Różne okręty podwodne ( Okręty podwodne typu 212A , okręty podwodne typu 214 ) i koncepcji pojazdów napędzanych wodorem zostały zbudowane za pomocą tego formularza wodoru (patrz DeepC , BMW H2R ). Ze względu na podobieństwo, budowniczowie mogą czasami modyfikować i udostępniać sprzęt z systemami przeznaczonymi do skroplonego gazu ziemnego (LNG). Jednak ze względu na niższą energię objętościową , ilości wodoru potrzebne do spalania są duże. O ile nie stosuje się bezpośredniego wtrysku , silny efekt wypierania gazu utrudnia również maksymalne oddychanie i zwiększa straty pompowania.
Ciekły wodór jest również używany do chłodzenia neutronów do rozpraszania neutronów . Ponieważ neutrony i jądra wodoru mają podobne masy, wymiana energii kinetycznej na interakcję jest maksymalna ( zderzenie elastyczne ). Wreszcie przegrzany ciekły wodór był używany w wielu eksperymentach z komorami pęcherzykowymi .
Pierwsza bomba termojądrowa , Ivy Mike , wykorzystywała ciekły deuter (wodór-2), do syntezy jądrowej.
Nieruchomości
Produktem jego spalania z samym tlenem jest para wodna (chociaż w przypadku spalania z tlenem i azotem mogą powstawać toksyczne związki chemiczne), którą można schłodzić odrobiną ciekłego wodoru. Ponieważ wodę często uważa się za nieszkodliwą dla środowiska, spalający ją silnik można uznać za „zerową emisję”. Natomiast w lotnictwie para wodna emitowana do atmosfery przyczynia się do globalnego ocieplenia (w mniejszym stopniu niż CO 2 ). Ciekły wodór ma również znacznie wyższą energię właściwą niż benzyna, gaz ziemny lub olej napędowy.
Gęstość ciekłego wodoru wynosi tylko 70,85 g/l (przy 20 K ), a gęstość względna zaledwie 0,07. Chociaż energia właściwa jest ponad dwukrotnie większa niż w przypadku innych paliw, daje to wyjątkowo niską objętościową gęstość energii , wielokrotnie niższą.
Ciekły wodór wymaga technologii przechowywania kriogenicznego , takiej jak specjalne pojemniki z izolacją termiczną, i wymaga specjalnej obsługi, wspólnej dla wszystkich paliw kriogenicznych . Jest to podobne do ciekłego tlenu , ale bardziej dotkliwe . Nawet w przypadku pojemników izolowanych termicznie trudno jest utrzymać tak niską temperaturę, a wodór będzie stopniowo ulatniał się (zwykle w tempie 1% dziennie). Ma również wiele takich samych kwestii bezpieczeństwa jak inne formy wodoru, a także jest wystarczająco zimny, aby skroplić, a nawet zestalić tlen atmosferyczny, co może stanowić zagrożenie wybuchem.
Punkt potrójny wodoru wynosi 13,81 K 7,042 kPa.
Zbiornik na ciekły wodór Linde , Museum Autovision , Altlußheim , Niemcy
Bezpieczeństwo
Ciekły wodór, ze względu na niskie temperatury, stanowi zagrożenie zimnymi oparzeniami . Wodór pierwiastkowy jako ciecz jest biologicznie obojętny, a jego jedynym zagrożeniem dla zdrowia człowieka jako pary jest wypieranie tlenu, co powoduje uduszenie. Ze względu na łatwopalność ciekły wodór należy trzymać z dala od źródeł ciepła lub płomieni, chyba że zaplanowano zapłon.