ไฮโดรเจนเหลวเป็นหนึ่งในสถานะของการรวมตัวของไฮโดรเจน นอกจากนี้ยังมีสถานะก๊าซและของแข็งขององค์ประกอบนี้ และหากหลายคนรู้จักรูปแบบก๊าซ อีกสองสถานะสุดโต่งก็จะตั้งคำถาม
ประวัติศาสตร์
ไฮโดรเจนเหลวได้รับในช่วงอายุสามสิบของศตวรรษที่ผ่านมาเท่านั้น แต่ก่อนหน้านั้น เคมีได้พัฒนามาไกลในการควบคุมวิธีการเก็บและใช้งานก๊าซนี้อย่างเชี่ยวชาญ
การหล่อเย็นเทียมเริ่มทดลองใช้ในช่วงกลางศตวรรษที่สิบแปดในอังกฤษ ในปี พ.ศ. 2527 ได้ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์และแอมโมเนียเหลว จากการศึกษาเหล่านี้ ยี่สิบปีต่อมา ตู้เย็นเครื่องแรกได้รับการพัฒนา และสามสิบปีต่อมา Perkins ได้ยื่นจดสิทธิบัตรอย่างเป็นทางการสำหรับการประดิษฐ์ของเขา ในปี 1851 ที่อีกฟากหนึ่งของมหาสมุทรแอตแลนติก จอห์น กอรีย์ อ้างสิทธิ์ในการสร้างเครื่องปรับอากาศ
เกิดเฉพาะไฮโดรเจนในปี 1885 เมื่อ Pole Wroblewski ประกาศในบทความของเขาว่าจุดเดือดขององค์ประกอบนี้คือ 23 เคลวิน อุณหภูมิสูงสุดคือ 33 เคลวิน และความดันวิกฤตคือ 13 บรรยากาศ หลังจากคำกล่าวนี้ James Dewar พยายามสร้างไฮโดรเจนเหลวในปลายศตวรรษที่ 19 แต่เขาไม่ได้รับสารที่เสถียร
สมบัติทางกายภาพ
สถานะของการรวมกลุ่มนี้มีลักษณะเฉพาะด้วยความหนาแน่นของสสารที่ต่ำมาก - หนึ่งในร้อยกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ทำให้สามารถใช้ภาชนะที่มีขนาดค่อนข้างเล็กเพื่อเก็บไฮโดรเจนเหลวได้ จุดเดือดเพียง 20 เคลวิน (-252 องศาเซลเซียส) และสารนี้แข็งตัวที่ 14 เคลวิน
ของเหลวไม่มีกลิ่นไม่มีสีและไม่มีรส ผสมกับออกซิเจนสามารถทำให้เกิดการระเบิดได้ครึ่งหนึ่ง เมื่อถึงจุดเดือด ไฮโดรเจนจะกลายเป็นก๊าซ และปริมาตรจะเพิ่มขึ้น 850 เท่า
หลังจากทำให้เป็นของเหลว ไฮโดรเจนจะถูกใส่ในภาชนะที่มีฉนวนหุ้มซึ่งถูกเก็บไว้ที่แรงดันต่ำและที่อุณหภูมิระหว่าง 15 ถึง 19 เคลวิน
ไฮโดรเจนมากมาย
ไฮโดรเจนเหลวถูกผลิตขึ้นโดยเทียมและไม่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ หากเราไม่คำนึงถึงสถานะรวม ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุด ไม่เพียงแต่บนดาวเคราะห์โลกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในจักรวาลด้วย ดวงดาว (รวมถึงดวงอาทิตย์ของเรา) ประกอบขึ้นด้วยมัน ช่องว่างระหว่างพวกมันเต็มไปด้วยมัน ไฮโดรเจนมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาฟิวชันและยังสามารถก่อตัวเป็นเมฆได้
ในเปลือกโลก ธาตุนี้กินพื้นที่เพียงประมาณร้อยละของปริมาณสสารทั้งหมดเท่านั้น บทบาทของมันในระบบนิเวศของเรานั้นสามารถชื่นชมได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าจำนวนอะตอมของไฮโดรเจนเป็นสองรองจากจำนวนออกซิเจนเท่านั้น เกือบทุกอย่างบนโลกของเราเงินสำรอง H2 อยู่ในสถานะผูกพัน ไฮโดรเจนเป็นส่วนสำคัญของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด
ใช้
ไฮโดรเจนเหลว (อุณหภูมิ -252 องศาเซลเซียส) ใช้ในรูปแบบของการจัดเก็บน้ำมันเบนซินและอนุพันธ์อื่น ๆ ของการกลั่นน้ำมัน นอกจากนี้ แนวคิดของการขนส่งกำลังถูกสร้างขึ้นซึ่งสามารถใช้ไฮโดรเจนเหลวเป็นเชื้อเพลิงแทนก๊าซธรรมชาติได้ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนในการสกัดแร่ธาตุที่มีค่าและลดการปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ แต่ยังไม่พบการออกแบบเครื่องยนต์ที่เหมาะสมที่สุด
นักฟิสิกส์ใช้ไฮโดรเจนเหลวเป็นสารหล่อเย็นในการทดลองกับนิวตรอน เนื่องจากมวลของอนุภาคมูลฐานและนิวเคลียสของไฮโดรเจนเกือบเท่ากัน การแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างกันจึงมีประสิทธิภาพมาก
ประโยชน์และอุปสรรค
ไฮโดรเจนเหลวสามารถชะลอความร้อนของบรรยากาศและลดปริมาณก๊าซเรือนกระจกหากใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ เมื่อทำปฏิกิริยากับอากาศ (หลังจากผ่านเครื่องยนต์สันดาปภายใน) น้ำและไนโตรเจนออกไซด์จำนวนเล็กน้อยจะก่อตัวขึ้น
อย่างไรก็ตาม แนวคิดนี้มีปัญหาในตัวเอง เช่น วิธีการจัดเก็บและขนส่งก๊าซ ตลอดจนความเสี่ยงที่จะเกิดการจุดไฟหรือแม้กระทั่งการระเบิด แม้จะมีข้อควรระวังทั้งหมด แต่ก็ไม่สามารถป้องกันการระเหยของไฮโดรเจนได้
เชื้อเพลิงจรวด
ไฮโดรเจนเหลว (อุณหภูมิในการจัดเก็บสูงถึง 20 เคลวิน) เป็นหนึ่งในส่วนประกอบของจรวด มีฟังก์ชั่นหลายอย่าง:
- หล่อเย็นส่วนประกอบเครื่องยนต์และปกป้องหัวฉีดจากความร้อนสูงเกินไป
- ให้แรงขับหลังจากผสมกับออกซิเจนและให้ความร้อน
เครื่องยนต์จรวดสมัยใหม่ทำงานโดยใช้ส่วนผสมของไฮโดรเจนกับออกซิเจน ซึ่งช่วยให้ได้ความเร็วที่เหมาะสมเพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก และในขณะเดียวกันก็ป้องกันไม่ให้ทุกส่วนของเครื่องบินสัมผัสกับอุณหภูมิที่มากเกินไป
ปัจจุบันมีจรวดเพียงตัวเดียวที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง ในกรณีส่วนใหญ่ จำเป็นต้องใช้ไฮโดรเจนเหลวเพื่อแยกส่วนบนของจรวดหรือในอุปกรณ์เหล่านั้นที่จะทำงานส่วนใหญ่ในสุญญากาศ มีข้อเสนอแนะจากนักวิจัยให้ใช้องค์ประกอบนี้ในรูปแบบกึ่งแช่แข็งเพื่อเพิ่มความหนาแน่น
