El hidrógeno líquido es uno de los estados de agregación del hidrógeno. También existe un estado gaseoso y sólido de este elemento. Y si la forma gaseosa es bien conocida por muchos, entonces los otros dos estados extremos plantean dudas.
Historia
El hidrógeno líquido se obtuvo solo en los años treinta del siglo pasado, pero antes de eso, la química ha avanzado mucho en el dominio de este método de almacenamiento y aplicación de gas.
La refrigeración artificial comenzó a utilizarse de forma experimental a mediados del siglo XVIII en Inglaterra. En 1984 se obtienen anhídrido sulfuroso y amoníaco licuados. Con base en estos estudios, veinte años más tarde se desarrolló el primer refrigerador y treinta años más tarde Perkins presentó una patente oficial para su invención. En 1851, al otro lado del Océano Atlántico, John Gorey reclamó los derechos para crear un acondicionador de aire.
Se llegó al hidrógeno recién en 1885, cuando el polaco Wroblewski anunció en su artículo que el punto de ebullición de este elemento es de 23 Kelvin, la temperatura máxima es de 33 Kelvin y la presión crítica es de 13 atmósferas. Después de esta declaración, James Dewar intentó crear hidrógeno líquido ena fines del siglo XIX, pero no obtuvo una sustancia estable.
Propiedades físicas
Este estado de agregación se caracteriza por una densidad de materia muy baja: centésimas de gramos por centímetro cúbico. Esto hace posible utilizar contenedores relativamente pequeños para almacenar hidrógeno líquido. El punto de ebullición es de solo 20 Kelvin (-252 Celsius), y esta sustancia ya se congela a 14 Kelvin.
El líquido es inodoro, incoloro e insípido. Mezclarlo con oxígeno puede provocar una explosión la mitad de las veces. Al alcanzar el punto de ebullición, el hidrógeno pasa a estado gaseoso y su volumen aumenta 850 veces.
Después de la licuefacción, el hidrógeno se coloca en recipientes aislados que se mantienen a baja presión y a temperaturas entre 15 y 19 Kelvin.
Abundancia de hidrógeno
El hidrógeno líquido se produce artificialmente y no se encuentra en el entorno natural. Si no tenemos en cuenta los estados agregados, entonces el hidrógeno es el elemento más común no solo en el planeta Tierra, sino también en el Universo. Las estrellas (incluido nuestro Sol) están compuestas por él, el espacio entre ellas está lleno de él. El hidrógeno participa en las reacciones de fusión y también puede formar nubes.
En la corteza terrestre, este elemento ocupa solo un porcentaje de la cantidad total de materia. Su papel en nuestro ecosistema se puede apreciar por el hecho de que el número de átomos de hidrógeno es superado solo por el número de oxígeno. Casi todo en nuestro planetalas reservas H2 están en un estado ligado. El hidrógeno es parte integral de todos los seres vivos.
Usar
El hidrógeno líquido (temperatura -252 grados centígrados) se utiliza en forma de forma para almacenar gasolina y otros derivados de la refinación del petróleo. Además, actualmente se están creando conceptos de transporte que podrían utilizar hidrógeno licuado como combustible en lugar de gas natural. Esto reduciría el costo de extracción de minerales valiosos y reduciría las emisiones a la atmósfera. Pero hasta ahora, no se ha encontrado el diseño de motor óptimo.
Los físicos utilizan activamente hidrógeno líquido como refrigerante en sus experimentos con neutrones. Dado que la masa de la partícula elemental y el núcleo de hidrógeno son casi iguales, el intercambio de energía entre ellos es muy eficiente.
Beneficios y obstáculos
El hidrógeno líquido puede ralentizar el calentamiento de la atmósfera y reducir la cantidad de gases de efecto invernadero si se utiliza como combustible para automóviles. Cuando interactúa con el aire (después de pasar por un motor de combustión interna), se formará agua y una pequeña cantidad de óxido de nitrógeno.
Sin embargo, esta idea tiene sus propias dificultades, por ejemplo, la forma en que se almacena y transporta el gas, así como el mayor riesgo de ignición o incluso explosión. Incluso con todas las precauciones, no se puede evitar la evaporación del hidrógeno.
Combustible para cohetes
El hidrógeno líquido (temperatura de almacenamiento de hasta 20 Kelvin) es uno de loscomponentes propulsores. Tiene varias funciones:
- Refrigeración de los componentes del motor y protección de la boquilla contra el sobrecalentamiento.
- Proporcionando empuje después de mezclar con oxígeno y calentar.
Los motores de cohetes modernos funcionan con una combinación de hidrógeno y oxígeno. Esto ayuda a lograr la velocidad adecuada para vencer la gravedad de la tierra y al mismo tiempo evitar que todas las partes de la aeronave se expongan a temperaturas excesivas.
Actualmente, solo hay un cohete que utiliza hidrógeno como combustible. En la mayoría de los casos, se necesita hidrógeno líquido para separar las etapas superiores de los cohetes o en aquellos dispositivos que harán la mayor parte del trabajo en el vacío. Ha habido sugerencias de investigadores para usar una forma semicongelada de este elemento para aumentar su densidad.
