L'hydrogène liquide est l'un des états d'agrégation de l'hydrogène. Il existe également un état gazeux et solide de cet élément. Et si la forme gazeuse est bien connue de beaucoup, alors les deux autres états extrêmes posent question.
Histoire
L'hydrogène liquide n'a été obtenu que dans les années 30 du siècle dernier, mais avant cela, la chimie a parcouru un long chemin dans la maîtrise de cette méthode de stockage et d'application du gaz.
Le refroidissement artificiel a commencé à être utilisé expérimentalement au milieu du XVIIIe siècle en Angleterre. En 1984, du dioxyde de soufre liquéfié et de l'ammoniac ont été obtenus. Sur la base de ces études, vingt ans plus tard, le premier réfrigérateur a été développé et trente ans plus tard, Perkins a déposé un brevet officiel pour son invention. En 1851, de l'autre côté de l'océan Atlantique, John Gorey revendiquait le droit de créer un climatiseur.
Il n'est venu à l'hydrogène qu'en 1885, lorsque le Polonais Wroblewski a annoncé dans son article le fait que le point d'ébullition de cet élément est de 23 Kelvin, la température maximale est de 33 Kelvin et la pression critique est de 13 atmosphères. Après cette déclaration, James Dewar a essayé de créer de l'hydrogène liquide dansla fin du 19ème siècle, mais il n'a pas obtenu une substance stable.
Propriétés physiques
Cet état d'agrégation est caractérisé par une très faible densité de matière - des centièmes de grammes par centimètre cube. Cela permet d'utiliser des conteneurs relativement petits pour stocker l'hydrogène liquide. Le point d'ébullition n'est que de 20 Kelvin (-252 Celsius), et cette substance gèle déjà à 14 Kelvin.
Le liquide est inodore, incolore et insipide. Le mélanger avec de l'oxygène peut entraîner une explosion la moitié du temps. En atteignant le point d'ébullition, l'hydrogène se transforme en un état gazeux et son volume augmente de 850 fois.
Après liquéfaction, l'hydrogène est placé dans des récipients isothermes maintenus à basse pression et à des températures comprises entre 15 et 19 Kelvin.
Abondance d'hydrogène
L'hydrogène liquide est produit artificiellement et n'existe pas dans l'environnement naturel. Si nous ne prenons pas en compte les états agrégés, l'hydrogène est l'élément le plus courant non seulement sur la planète Terre, mais également dans l'Univers. Les étoiles (y compris notre Soleil) en sont composées, l'espace entre elles en est rempli. L'hydrogène participe aux réactions de fusion et peut également former des nuages.
Dans la croûte terrestre, cet élément n'occupe qu'environ un pour cent de la quantité totale de matière. Son rôle dans notre écosystème peut être apprécié par le fait que le nombre d'atomes d'hydrogène est juste derrière l'oxygène en nombre. Presque tout sur notre planèteles réserves H2 sont dans un état lié. L'hydrogène fait partie intégrante de tous les êtres vivants.
Utiliser
L'hydrogène liquide (température -252 degrés Celsius) est utilisé sous la forme d'un formulaire pour stocker l'essence et d'autres dérivés du raffinage du pétrole. De plus, des concepts de transport sont en cours de création qui pourraient utiliser l'hydrogène liquéfié comme carburant au lieu du gaz naturel. Cela réduirait le coût d'extraction des minéraux précieux et réduirait les émissions dans l'atmosphère. Mais jusqu'à présent, la conception optimale du moteur n'a pas été trouvée.
L'hydrogène liquide est activement utilisé par les physiciens comme liquide de refroidissement dans leurs expériences avec les neutrons. Comme la masse de la particule élémentaire et celle du noyau d'hydrogène sont presque égales, l'échange d'énergie entre eux est très efficace.
Avantages et obstacles
L'hydrogène liquide peut ralentir le réchauffement de l'atmosphère et réduire la quantité de gaz à effet de serre s'il est utilisé comme carburant pour les voitures. Lorsqu'il interagit avec l'air (après avoir traversé un moteur à combustion interne), de l'eau et une petite quantité d'oxyde d'azote se forment.
Cependant, cette idée a ses propres difficultés, par exemple, la façon dont le gaz est stocké et transporté, ainsi que le risque accru d'inflammation ou même d'explosion. Même avec toutes les précautions, l'évaporation de l'hydrogène ne peut être empêchée.
Carburant de fusée
L'hydrogène liquide (température de stockage jusqu'à 20 Kelvin) est l'un descomposants du propulseur. Il a plusieurs fonctions:
- Refroidissement des composants du moteur et protection de la buse contre la surchauffe.
- Fournir une poussée après mélange avec de l'oxygène et chauffage.
Les moteurs de fusée modernes fonctionnent avec une combinaison hydrogène-oxygène. Cela aide à atteindre la bonne vitesse pour surmonter la gravité de la terre et en même temps empêcher toutes les parties de l'avion de les exposer à des températures excessives.
Actuellement, il n'y a qu'une seule fusée qui utilise l'hydrogène comme carburant. Dans la plupart des cas, l'hydrogène liquide est nécessaire pour séparer les étages supérieurs des fusées ou dans les appareils qui effectueront la majeure partie du travail dans le vide. Des chercheurs ont suggéré d'utiliser une forme semi-congelée de cet élément pour augmenter sa densité.
