Жидкий водород - Liquid hydrogen
|
|||
Имена | |||
---|---|---|---|
Название ИЮПАК
Жидкий водород
|
|||
Другие имена
Водород (криогенная жидкость); водород, охлаждаемая жидкость; LH 2 , пара-водород
|
|||
Идентификаторы | |||
3D модель ( JSmol )
|
|||
ЧЭБИ | |||
ChemSpider | |||
КЕГГ | |||
PubChem CID
|
|||
Номер RTECS | |||
UNII | |||
Номер ООН | 1966 г. | ||
|
|||
|
|||
Характеристики | |||
H 2 | |||
Молярная масса | 2,016 г · моль -1 | ||
Появление | Бесцветная жидкость | ||
Плотность | 70,85 г / л (4,423 фунта / куб. Фут) | ||
Температура плавления | -259,14 ° С (-434,45 ° F, 14,01 К) | ||
Точка кипения | -252,87 ° С (-423,17 ° F, 20,28 К) | ||
Опасности | |||
Классификация ЕС (DSD) (устаревшая)
|
|||
NFPA 704 (огненный алмаз) | |||
571 ° С (1060 ° F, 844 К) | |||
Пределы взрываемости | НПВ 4,0%; UEL 74,2% (в воздухе) | ||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). |
|||
проверить ( что есть ?) | |||
Ссылки на инфобоксы | |||
Жидкий водород (LH2 или LH 2 ) - это жидкое состояние элемента водорода . Водород находится в природе в молекулярной форме H 2 .
Для того, чтобы существовать в виде жидкости, Н 2 должен быть охлажден ниже критической точки 33 K . Однако, чтобы он находился в полностью жидком состоянии при атмосферном давлении , H 2 необходимо охладить до 20,28 К (-252,87 ° C; -423,17 ° F). Один из распространенных способов получения жидкого водорода включает компрессор, напоминающий реактивный двигатель как по внешнему виду, так и по принципу. Жидкий водород обычно используется как концентрированная форма хранения водорода . Что касается любого газа, его хранение в виде жидкости занимает меньше места, чем хранение в виде газа при нормальной температуре и давлении. Однако плотность жидкости очень низкая по сравнению с другими распространенными видами топлива. После сжижения он может храниться в жидком состоянии в герметичных и теплоизолированных контейнерах.
Есть два спиновых изомера водорода ; жидкий водород состоит из 99,79% параводорода и 0,21% ортоводорода .
История
В 1885 году Зигмунт Флорентий Врублевский опубликовал критическую температуру водорода 33 К; критическое давление 13,3 атмосферы; и температура кипения 23 К.
Водород был сжижен Джеймсом Дьюаром в 1898 году с помощью регенеративного охлаждения и его изобретения - вакуумной колбы . Первый синтез стабильной изомерной формы жидкого водорода, параводорода, был осуществлен Полом Хартеком и Карлом Фридрихом Бонхёффером в 1929 году.
Спиновые изомеры водорода
Два ядра в молекуле дигидрогена могут иметь два разных спиновых состояния. Параводород, в котором два ядерных спина антипараллельны, более стабилен, чем ортоводород, в котором они параллельны. При комнатной температуре газообразный водород в основном находится в орто-изомерной форме из-за тепловой энергии, но орто-обогащенная смесь метастабильна только при сжижении при низкой температуре. Он медленно претерпевает экзотермическую реакцию, чтобы стать пара-изомером, с выделением энергии, достаточной в виде тепла, чтобы вызвать кипение некоторой части жидкости. Чтобы предотвратить потерю жидкости при длительном хранении, ее намеренно превращают в пара-изомер как часть производственного процесса, обычно с использованием катализатора, такого как оксид железа (III) , активированный уголь , платинированный асбест, редкоземельные металлы, соединения урана, оксид хрома (III) или некоторые соединения никеля.
Использует
Жидкий водород - это обычное жидкое ракетное топливо для ракетной техники - и НАСА, и ВВС США используют большое количество резервуаров с жидким водородом индивидуальной емкостью до 3,8 миллиона литров (1 миллион галлонов США). В большинстве ракетных двигателей, работающих на жидком водороде, он сначала охлаждает сопло и другие детали, а затем смешивается с окислителем - обычно жидким кислородом (LOX) - и сжигается для получения воды со следами озона и перекиси водорода . Практические ракетные двигатели H 2 –O 2 работают с высоким содержанием топлива, поэтому выхлопные газы содержат несгоревший водород. Это снижает эрозию камеры сгорания и сопла. Это также снижает молекулярную массу выхлопных газов, что может фактически увеличить удельный импульс , несмотря на неполное сгорание.
RTECS | MW8900000 |
---|---|
PEL- OSHA | Простой удушающий |
ACGIH TLV-TWA | Простой удушающий |
Жидкий водород можно использовать в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания или топливного элемента . Различные подводные лодки ( Type 212 подводной лодки , подводные лодки типа 214 ) и концепции водородных транспортных средств были построены с использованием этой формы водорода (см DeepC , БМВ H2r ). Из-за его сходства строители могут иногда модифицировать и совместно использовать оборудование с системами, предназначенными для сжиженного природного газа (СПГ). Однако из-за более низкой объемной энергии объем водорода, необходимый для сгорания, велик. Если не используется прямой впрыск , сильный эффект вытеснения газа также затрудняет максимальное дыхание и увеличивает насосные потери.
Жидкий водород также используется для охлаждения нейтронов с целью рассеяния нейтронов . Поскольку нейтроны и ядра водорода имеют одинаковые массы, обмен кинетической энергией при взаимодействии максимален ( упругое столкновение ). Наконец, перегретый жидкий водород использовался во многих экспериментах с пузырьковой камерой .
Первая термоядерная бомба , Айви Майк , использовала жидкий дейтерий (водород-2) для ядерного синтеза.
Характеристики
Продуктом его сгорания только с кислородом является водяной пар (хотя при сгорании с кислородом и азотом он может образовывать токсичные химические вещества), который можно охладить с помощью некоторого количества жидкого водорода. Поскольку воду часто считают безвредной для окружающей среды, при ее сжигании можно считать "нулевые выбросы". Однако в авиации водяной пар, выбрасываемый в атмосферу, способствует глобальному потеплению (в меньшей степени, чем CO 2 ). Жидкий водород также имеет гораздо более высокую удельную энергию, чем бензин, природный газ или дизельное топливо.
Плотность жидкого водорода составляет всего 70,85 г / л (при 20 К ), а относительная плотность всего 0,07. Хотя удельная энергия более чем в два раза выше, чем у других видов топлива, это дает ему удивительно низкую объемную плотность энергии , во много раз меньшую.
Жидкий водород требует технологии криогенного хранения, такой как специальные теплоизолированные контейнеры, и требует особого обращения, общего для всех криогенных видов топлива . Это похоже на жидкий кислород , но более опасно . Даже с теплоизолированными контейнерами трудно поддерживать такую низкую температуру, и водород будет постепенно просачиваться (обычно со скоростью 1% в день). Он также имеет многие из тех же проблем безопасности, что и другие формы водорода, а также достаточно холодный, чтобы сжижать или даже затвердевать атмосферный кислород, что может быть опасным для взрыва.
Тройной точки водорода при 13,81 K 7.042 кПа.
Пузырьки жидкого водорода, образующиеся в двух стеклянных колбах в лаборатории Bevatron , c. 1950-е годы
Бак для жидкого водорода Linde , Museum Autovision , Altlußheim , Германия
Безопасность
Из-за низких температур жидкий водород опасен для холодных ожогов . Элементарный водород как жидкость биологически инертен, и его единственная опасность для здоровья человека в виде пара - это вытеснение кислорода, приводящее к удушению. Из-за его воспламеняемости жидкий водород следует хранить вдали от источников тепла или пламени, если не предполагается возгорание.
Смотрите также
- Промышленный газ
- Сжижение газов
- Водородная безопасность
- Сжатый водород
- Криоадсорбция
- Коэффициент расширения
- Эквивалент бензина в галлонах
- Слякоть водород
- Твердый водород
- Металлический водород
- Водородная инфраструктура
- Самолет с водородным двигателем
- Цистерна для жидкого водорода
- Цистерна для жидкого водорода