Kapalný vodík je jedním ze stavů agregace vodíku. Existuje také plynné a pevné skupenství tohoto prvku. A pokud je plynná forma mnohým dobře známá, pak další dva extrémní stavy vyvolávají otázky.
Historie
Kapalný vodík byl získáván teprve ve třicátých letech minulého století, ale předtím urazila chemie dlouhou cestu k zvládnutí tohoto způsobu skladování a aplikace plynu.
Umělé chlazení se začalo experimentálně používat v polovině 18. století v Anglii. V roce 1984 byl získán zkapalněný oxid siřičitý a čpavek. Na základě těchto studií byla o dvacet let později vyvinuta první lednička a o třicet let později podal Perkins oficiální patent na svůj vynález. V roce 1851 si John Gorey na druhé straně Atlantského oceánu nárokoval práva na vytvoření klimatizace.
K vodíku došlo až v roce 1885, kdy Polák Wroblewski ve svém článku oznámil, že bod varu tohoto prvku je 23 Kelvinů, nejvyšší teplota je 33 Kelvinů a kritický tlak je 13 atmosfér. Po tomto prohlášení se James Dewar pokusil vytvořit kapalný vodíkkoncem 19. století, ale nezískal stabilní látku.
Fyzikální vlastnosti
Tento stav agregace se vyznačuje velmi nízkou hustotou hmoty – setiny gramů na centimetr krychlový. To umožňuje používat relativně malé nádoby pro skladování kapalného vodíku. Bod varu je pouze 20 Kelvinů (-252 Celsia) a tato látka mrzne již při 14 Kelvinech.
Kapalina je bez zápachu, barvy a chuti. Smíchání s kyslíkem může polovinu času vést k explozi. Po dosažení bodu varu se vodík změní na plynné skupenství a jeho objem se zvětší 850krát.
Po zkapalnění se vodík umístí do izolovaných nádob, které jsou udržovány při nízkém tlaku a teplotách mezi 15 a 19 Kelviny.
Hodnota vodíku
Kapalný vodík se vyrábí uměle a nevyskytuje se v přirozeném prostředí. Pokud nebereme v úvahu agregátní stavy, pak je vodík nejrozšířenějším prvkem nejen na planetě Zemi, ale i ve Vesmíru. Hvězdy (včetně našeho Slunce) jsou z něj složeny, prostor mezi nimi je jím vyplněn. Vodík se účastní fúzních reakcí a může také vytvářet mraky.
V zemské kůře tento prvek zaujímá jen asi procento celkového množství hmoty. Jeho roli v našem ekosystému lze ocenit tím, že počtem atomů vodíku je hned za kyslíkem co do počtu. Téměř vše na naší planetěrezervy H2 jsou ve vázaném stavu. Vodík je nedílnou součástí všech živých bytostí.
Použít
Kapalný vodík (teplota -252 stupňů Celsia) se používá ve formě pro skladování benzinu a dalších derivátů z rafinace ropy. V současné době navíc vznikají koncepty dopravy, které by mohly jako palivo místo zemního plynu využívat zkapalněný vodík. To by snížilo náklady na těžbu cenných nerostů a snížilo emise do atmosféry. Zatím však nebyla nalezena optimální konstrukce motoru.
Tekutý vodík aktivně využívají fyzici jako chladivo při experimentech s neutrony. Protože hmotnost elementární částice a jádra vodíku jsou téměř stejné, výměna energie mezi nimi je velmi účinná.
Výhody a překážky
Kapalný vodík může zpomalit oteplování atmosféry a snížit množství skleníkových plynů, pokud se použije jako palivo pro automobily. Při interakci se vzduchem (po průchodu spalovacím motorem) se vytvoří voda a malé množství oxidu dusíku.
Tato myšlenka má však svá úskalí, například způsob skladování a přepravy plynu a také zvýšené riziko vznícení nebo dokonce výbuchu. I přes všechna preventivní opatření nelze odpařování vodíku zabránit.
Raketové palivo
Kapalný vodík (skladovací teplota až 20 Kelvinů) je jedním zkomponenty pohonné hmoty. Má několik funkcí:
- Chlazení součástí motoru a ochrana trysky před přehřátím.
- Zajištění tahu po smíchání s kyslíkem a zahřátí.
Moderní raketové motory běží na kombinaci vodík-kyslík. To pomáhá dosáhnout správné rychlosti k překonání zemské gravitace a zároveň zabránit tomu, aby byly všechny části letadla vystaveny nadměrným teplotám.
V současné době existuje pouze jedna raketa, která využívá jako palivo vodík. Ve většině případů je kapalný vodík potřeba k oddělení horních stupňů raket nebo v těch zařízeních, která většinu práce odvedou ve vakuu. Výzkumníci navrhli použít napůl zmrazenou formu tohoto prvku ke zvýšení jeho hustoty.
