Barva vodika v plinastem stanju. Prednosti in ovire

Tekoči vodik je eno izmed agregatnih stanj vodika. Obstajajo tudi plinasto in trdno stanje tega elementa. In če je plinasta oblika mnogim dobro znana, drugi dve skrajni stanji sprožata vprašanja.

Zgodba

Tekoči vodik so pridobili šele v tridesetih letih prejšnjega stoletja, pred tem pa je kemija zelo napredovala pri obvladovanju tega načina shranjevanja in uporabe plina.

Umetno hlajenje so začeli poskusno uporabljati sredi osemnajstega stoletja v Angliji. Leta 1984 sta začela proizvajati utekočinjeni žveplov dioksid in amoniak. Na podlagi teh študij je bil dvajset let pozneje razvit prvi hladilnik, trideset let pozneje pa je Perkins vložil uradni patent za svoj izum. Leta 1851 je na drugi strani Atlantskega oceana John Gorey zahteval pravice do izdelave klimatske naprave.

Do vodika je prišlo šele leta 1885, ko je Poljak Wroblewski v svojem članku objavil dejstvo, da je ta element enak 23 Kelvinov, najvišja temperatura je 33 Kelvinov in je enaka 13 atmosferam. Po tej izjavi je James Dewar konec 19. stoletja poskušal ustvariti tekoči vodik, vendar mu ni uspelo ustvariti stabilne snovi.

Fizične lastnosti

Za to je značilna zelo nizka gostota snovi - stotinke gramov na kubični centimeter. To omogoča uporabo razmeroma majhnih posod za shranjevanje tekočega vodika. Vrelišče je samo 20 Kelvinov (-252 Celzija), ta snov pa zmrzne pri 14 Kelvinih.

Tekočina je brez vonja, barve in okusa. Mešanje s kisikom lahko v polovici primerov povzroči eksplozijo. Ko je doseženo vrelišče, vodik preide v plinasto stanje, njegova prostornina pa se poveča za 850-krat.

Ko se vodik utekočini, se postavi v izolirane posode, ki se vzdržujejo pri nizkem tlaku in temperaturah od 15 do 19 Kelvinov.

Številčnost vodika

Tekoči vodik se proizvaja umetno in se ne pojavlja v naravnem okolju. Če ne upoštevamo agregatnih stanj, potem je vodik najpogostejši element ne samo na planetu Zemlja, ampak tudi v vesolju. Iz njega so sestavljene zvezde (tudi naše Sonce), z njim je zapolnjen prostor med njimi. Vodik sodeluje pri reakcijah termonuklearne fuzije in lahko tvori tudi oblake.

V zemeljski skorji ta element zavzema le približno odstotek celotne količine snovi. Njegovo vlogo v našem ekosistemu je mogoče oceniti z dejstvom, da je število vodikovih atomov takoj za kisikom. Na našem planetu so skoraj vse rezerve H2 v vezano stanje. vodik - komponento vsa živa bitja.

Uporaba

Tekoči vodik (temperatura Celzija -252 stopinj) se uporablja v obliki za shranjevanje bencina in drugih naftnih derivatov. Poleg tega v ta trenutek nastajajo prometni koncepti, ki bi namesto zemeljskega plina kot gorivo lahko uporabljali utekočinjen vodik. S tem bi znižali stroške pridobivanja dragocenih mineralov in zmanjšali emisije v ozračje. Toda doslej optimalna zasnova motorja ni bila najdena.

Tekoči vodik fiziki aktivno uporabljajo kot hladilno sredstvo pri svojih poskusih z nevtroni. Ker je masa elementarnega delca in vodikovega jedra skoraj enaka, je izmenjava energije med njima zelo učinkovita.

Prednosti in ovire

Tekoči vodik ponuja potencial za upočasnitev segrevanja ozračja in zmanjšanje toplogrednih plinov, če se uporablja kot gorivo za avtomobile. Pri interakciji z zrakom (po prehodu skozi motor z notranjim zgorevanjem) bosta nastala voda in majhna količina dušikovega oksida.

Vendar ima ta zamisel tudi svoje težave, kot je način shranjevanja in transporta plina, pa tudi povečano tveganje požara ali celo eksplozije. Tudi če so sprejeti vsi varnostni ukrepi, izhlapevanja vodika ni mogoče preprečiti.

Raketno gorivo

Ena izmed komponent je tekoči vodik (temperatura skladiščenja do 20 Kelvinov), ki ima več funkcij:

Hlajenje elementov motorja in zaščita šobe pred pregrevanjem.
Zagotavljanje potiska po mešanju s kisikom in segrevanju.

Sodobni delujejo na kombinaciji vodika in kisika. To pomaga doseči zahtevano hitrost za premagovanje gravitacije zemlje in hkrati ohranja vse dele letala, ne da bi jih izpostavljali previsokim temperaturam.

Trenutno obstaja le ena raketa, ki kot gorivo v celoti uporablja vodik. V večini primerov je tekoči vodik potreben za ločevanje zgornjih stopenj raket ali v tistih napravah, ki bodo večino svojega dela preživele v vakuumu. Raziskovalci so predlagali uporabo napol zamrznjene oblike tega elementa za povečanje njegove gostote.

VODIK, H, kemični element, zaporedna številka 1; atomska teža 1,008 (1,00775). Prej je atomska teža vodika veljala za enoto; v tem primeru je bilo treba atomsko maso kisika šteti za enako 15,879, atomske mase mnogih drugih elementov pa so bile izražene kot mešana števila, kar se je izkazalo za neprimerno za stehiometrične izračune; zato je trenutno sprejeto število za atomsko težo kisika 16; V zvezi s tem se je izkazalo, da je atomska teža vodika enaka 1,008. V zadnjem času so bili narejeni poskusi razložiti delni del atomske teže vodika z relativističnim učinkom. Ne glede na to pa so nedavni napredki na področju teoretične kemije in fizike potrdili, kar je bilo rečeno na samem začetku 19. stoletja. Predlagali smo hipotezo, da je vodik najpreprostejši element, iz katerega so zgrajeni vsi ostali kemični elementi. Dejansko se atomi vodika sprostijo skupaj z atomi helija med radioaktivnim in umetnim razpadom mnogih kemični elementi, pri čemer se v nekaterih primerih sprosti zelo znatna (relativna) količina energije. Ta vloga vodika pri tvorbi drugih kemičnih elementov ustreza njegovi razširjenosti v vesolju: spektri vseh svetil, vključno s soncem, vsebujejo črte vodika in veliko svetil je očitno sestavljenih izključno iz kopičenja vročega vodikovega plina.

Fizične lastnosti . Vodik je plin brez barve, okusa in vonja; je najlažja od vseh doslej znanih snovi: vodik je 1472-krat lažji od zraka in 16-krat lažji od kisika. En liter vodika na zemljepisni širini 45° tehta približno normalne razmere 0,089871 ± 0,000005 g; vrelišče -252,7°C; tališče -259,1°C; kritična temperatura -239,9°C; kritični tlak 12,8 Atm; kritična gostota 0,531 g cm -3 ; specifična teža vodika pri vrelišču 0,07081 (glede na zrak); vodikov ekspanzijski koeficient 0,0036613 pri tlaku 760 mm med 0 in 100 °C; toplotna prevodnost 0,0322 pri -252°C (Eucken), 0,4994 pri 100°C, 0,445 pri 40°C (Kundt und Warburg); specifična toplota pri 15 °C je 14,5 džula na gram-atom, pri temperaturah od 0 do 2500 °C pa 2,89 (c v); molekularna toplota 5,82 (pri temperaturi 0-2500 °C); latentna toplota uparjanja pri vrelišču je 0,450 kilodžula na gram-atom; hitrost zvoka v vodiku je približno 1270 m/s pri 0°C (Dulong). Pri običajnih temperaturah je vodik popoln plin. Difuzijski koeficient vodika glede na kisik = 0,677 cm 3 s -1 pri 0 °C in 760 mm; 1 g vodika pri 0°C in 760 mm zavzema prostornino 11,1176 litra. Teža vodikovega atoma (po Spearingu) v nobenem primeru ne presega 2,5 desetmilijardinke g; viskoznost vodika pri 20 °C je 88,7 x 10 -6 poise; površinska napetost pri vrelišču je 1,91; Lomni količnik za črto Hg 5790 Ӑ pri vrelišču je 1,197. Vodik ponuja manjši upor pri prehodu električne iskre kot kisik, zračni dušik in ogljikov monoksid. Vodik je zelo topen v vodi: pri temperaturi 0-24°C 100 volumnov vode raztopi 1,93 volumna vodika. Oglje na svoji površini kondenzira vodik, 1 cm 3 oglja pa adsorbira (pri 0°C) 1,5 cm 3 vodika. Vodik lahko prodre skozi porozna telesa pri navadnih temperaturah; skozi platino, paladij in železo - pri rdeči vročini; pri temperaturi približno 1300 °C vodik difundira tudi skozi stene cevi iz taljeni kremen; Vodik difundira skozi porozno steno glinene posode s 4-krat večjo hitrostjo od kisika. Različne kovine, ki so v vodikovi atmosferi, absorbirajo vodik in ga sprostijo nazaj šele, ko se temperatura dvigne; v mrazu je ta absorpcija nepomembna, v rdeči vročini je zelo pomembna; Ta okluzija ali topnost vodika v kovinah pojasnjuje dejstvo, da lahko vodik prodre skozi kovine; Vodik najlaže prodira skozi paladij; kalcinirani listi paladija absorbirajo 376 volumnov vodika pri navadni temperaturi, 643 pri 97°C; Poleg tega je zanimivo, da v vakuumu kovine ne vračajo vodika, ampak ga sproščajo šele pri temperaturi, ki je blizu rdeče vročine. Absorpcija vodika s kovinami je odvisna tudi od stanja kovine: kovinski prah v večini primerov absorbira več vodika kot legirana, valjana ali kovana kovina. Proces absorpcije vodika s kovinami spremlja sproščanje znatne količine toplote. Tekoči vodik je bistra, brezbarvna tekočina z nizko površinsko napetostjo. Kritična temperatura vodika je 239,9 °C, kritični tlak je 12,8 Atm. Tekoči vodik ne prevaja elektrike, njegova toplota uparjanja blizu vrelišča je 200 cal; specifična toplota 6,4; atomski volumen pri vrelišču je 14,3 cm 3, gostota pa 0,07. Ko je plinasti vodik izpostavljen voltaičnemu obloku med volframovimi elektrodami ali ko vodik prehaja skozi območje električne razelektritve, molekularni vodik disociira na atome posebej aktivnega atomskega vodika, ki se združijo nazaj v molekule H 2 s sproščanjem znatne količine toplote (približno 100.000 kcal).

Kemijske lastnosti . Pri navadnih temperaturah je vodik rahlo aktiven element, ki se veže le s fluorom (s katerim reagira že pri temperaturi -210 °C) in litijem. Pri segrevanju vodika z alkalijskimi, zemeljskoalkalnimi (razen magnezija in berilija) kovinami in s tistimi redkozemeljskimi kovinami, ki so bolj bazične narave, nastanejo hidridi teh kovin, na primer: KH, CaH 2, LaH 3. V alkalijskih hidridih (kot je LiH) vodik deluje kot anion in ne kot kation. S klorom vodikom v temi pri sobna temperatura povezuje le izjemno počasi, če pa zmes ene prostornine vodika z eno prostornino klora osvetlimo s kemično aktivnimi žarki, potem se oba plina združita z eksplozijo. Vodik reagira z drugimi halogeni in z elementi kisikove skupine le pri višjih temperaturah. Vodik, pomešan s kisikom v razmerju 2:1, tvori eksplozivno zmes, ki gori ob vžigu ali električni iskri z močno eksplozijo. Pri zgorevanju 2,02 g vodika s 16 g kisika se sprosti 68360 cal. Hitrost širjenja eksplozije eksplozivnega plina je 2500 m/s. Drobno zdrobljena platina lahko vžge mešanice vodika s kisikom ali zrakom. Vodik se z dušikom povezuje zelo počasi: tudi pri rdeči vročini je hitrost reakcije izjemno nizka; toda tudi pri nadaljnjem zvišanju temperature so ravnotežni pogoji za reverzibilno reakcijo spajanja vodika z dušikom takšni, da v mešanici reagirajočih plinov ne nastane znatna koncentracija NH 3 . Vodik deluje redukcijsko na raztopine srebrovih soli in na platinov klorid že pri tlaku ene atm; pri povečanem tlaku vodika se reducirajo tudi druge kovine iz svojih soli (npr. Hg iz soli živosrebrove kisline). pri visoka temperatura vodik reducira številne anorganske spojine: okside, žveplove spojine itd. Pri visokih tlakih in temperaturah vodik reducira, kot sta pokazala V. N. Ipatiev in njegova šola, številne soli, ko deluje v vodnih raztopinah. V prisotnosti nekaterih kovinskih katalizatorjev, zlasti Ni, Co, pa tudi nekaterih kovinskih oksidov ima vodik sposobnost hidrogeniranja nenasičenih aromatskih spojin pri segrevanju, pa tudi redukcije drugih organskih spojin (Sabatier in Sanderen, Ipatiev). V prisotnosti koloidnega Pt in Pd se številni podobni procesi odvijajo tudi v mrazu (Paal Skita, Willstatter, Fokin, Zelinsky). Pod vplivom α-žarkov emanacije ali električne razelektritve pri znižanem tlaku vodik prehaja s hkratnim zmanjšanjem njegove prostornine v aktivni vodik. Aktivni vodik se lahko neposredno veže z žveplom in fosforjem ter reducira As 2 O 3 in KMnO 4 .

Proizvodnja vodika v tehnologiji . večina preproste metode Proizvodnja vodika je hkrati tehnično izvedena najmanj stroškovno učinkovita; zato se uporabljajo le v vojnih razmerah; Te metode vključujejo pridobivanje vodika z delovanjem kislin na kovine, z delovanjem jedkih alkalij na aluminij, cink ali ferosilicij (silikol) itd. Vojaška oprema je razvil vrsto metod in pripravkov (hidrogenit, hidrolit, aluminijev amalgam, hidron ali zlitina natrija s svincem), ki so priročni za transport in omogočajo enostavno in hitro pridobivanje vodika na terenu za aeronavtiko z mobilnimi napravami. . Toda tehnična proizvodnja vodika za industrijske namene je večkrat večja od potreb po vodiku za vojaške potrebe in temelji na popolnoma drugih procesih. Pomemben del vodika, ki ga proizvede svetovna industrija, se porabi za Haberjevo sintezo amoniaka. Vendar pa v tem procesu začetni vodik vstopi v proizvodnjo po metodi BASF ne v čisti obliki, ampak že pomešan z zahtevana količina dušik. Mešanica generatorskega plina, vodnega plina in vodne pare, ki gre skozi kontaktno maso (oksidi kovin železove skupine), vstopi v kemijsko interakcijo in ogljikov monoksid CO, ki ga vsebujeta voda in generatorski plin, reagira z vodno paro v skladu z enačba:

Ogljikov dioksid absorbira voda, ko visok krvni pritisk; Zmes očistimo iz preostalega CO tako, da jo spustimo skozi amoniakovo raztopino bakrovega oksida. Kot rezultat, ko pravilno razmerje Z mešanjem vodnega plina z generatorskim plinom, ki poleg drugih plinov vsebuje tudi nespremenjeni zračni dušik, dobimo neposredno zmes dušika in vodika v razmerju N 2 : 3H 2, potrebnem za sintezo amoniaka.

V primerih, ko d.b. Če dobimo samo vodik, brez primesi dušika, je treba za ločitev vodika od vodne pare uporabiti vodni plin namesto generatorskega plina, ki vsebuje dušik. V tem primeru poteka interakcija med vodno paro in redukcijskim plinom po enačbi (I). Ta proces je reverzibilen, položaj njegovega ravnotežja pa je v veliki meri odvisen od temperature, hitrost reakcije pa tudi od uporabe ustreznih katalizatorjev. Pri interakciji vodne pare z vročim koksom pri temperaturi 800 °C nastaneta predvsem vodik in ogljikov dioksid v skladu z enačbo:

medtem pa pri temperaturah nad 1000°C nastane vodni plin, to je zmes vodika z ogljikovim monoksidom po enačbi (I). Ta metoda, ki jo je razvil BASF, proizvede več kot 400 milijonov m 3 (35.000 ton) vodika na leto. Za ločevanje vodika iz mešanice plinov je najbolje, da ga najprej osvobodimo CO 2 [s pranjem z vodo pod visokim pritiskom, absorpcijo CO 2 z alkalijami ali solmi ogljikovega dioksida, impregnacijo premoga s sulfatnimi, silikatnimi in kloridnimi solmi (An. P. 7718, 7719, 7720, Diefenbach in Moldenhauer)]. Ločevanje vodika od CO je veliko težje. Ko pa se temperatura zniža, se hitrost reakcije znatno zmanjša; zato moramo izvesti reakcijo po enačbi (I) in poiskati priročne metode ločitev vodika od CO iz vodnega plina, ki nastane pri višji temperaturi. Te metode temeljijo na vezavi CO pri visokem tlaku (nad 100 atm) z amoniakovo raztopino bakrovega oksida. Istočasno je bilo ugotovljeno, da je bakrov klorid malo uporaben za ta namen zaradi njegovega uničujočega delovanja na železne dele opreme; zato se po G.P. 289694 za absorpcijo CO uporablja bakrov oksid, raztopljen v amoniaku ali amonijevem karbonatu. Da bi preprečili opaženo odlaganje kovinskega bakra na železne dele opreme, se vodnemu plinu dodajo majhne količine kisika ali zraka, ki oksidira kovinski baker nazaj v bakrov oksid. Predlaga se tudi, da se mešanici plinov doda večja količina kisika, tako da se del Cu 2 O oksidira v CuO; bakrov oksid nato oksidira CO in ponovno reducira v Cu 2 O. Poleg tega lahko ogljikov monoksid, kot je navedeno v nekaterih patentih. se pretvori v natrijevo mravljinčno kislino, ko ga obdelamo pod tlakom 50 atm z raztopino zelo koncentriranega natrijevega hidroksida.

Poleg te metode se široko uporablja metoda razgradnje vodne pare ob stiku z železom (zlasti najpogostejša je Messerschmittova metoda, ki jo izvaja podjetje Karl Frank v Bremnu, in zlasti metoda BAMAG). Leta 1918 so obrati BAMAG proizvedli do 125 milijonov m3 vodika letno. Ta metoda omogoča tudi ločeno pridobivanje precej čistega vodika, neodvisno od dušika. V skladu z metodo Frank in Caro (G.P. 174324) se predhodno posušen vodni plin, ki vsebuje približno 50 % H 2, 40 % CO, 5 % CO 2, 4,5 % N 2 in 0,5 % O 2, prepušča pri visoki temperaturi nad kalcijevim karbidom. ; že po prvem prehodu dobimo plin, ki vsebuje od 99 do 99,6% H 2; N 2 se poveže s karbidom in tvori cianamid, CO, CO 2 in O 2 pa se združijo v CaO in CaCO 3; Ob tem med produkti reakcije nastaja tudi grafit. Vendar pa je ideja A. Franka, ki jo je izvajalo društvo Linde, ki je vključevala uporabo metode kondenzacije z uporabo hladilnih strojev za ločevanje vodika iz vodnega plina, pridobila veliko večji tehnični pomen. Ta metoda - Linde-Frank-Caro - je bila razvita s pomočjo BAMAG (G.P. 254043 in 261735 in švicarski P. 56594). Glede na to, da je vrelišče H 2 20,4°K, vrelišče CO pa 82°K, lahko oba plina. ločeni drug od drugega s frakcionirano kondenzacijo. Pri vrelišču tekočega zraka in atmosferskega tlaka mešanice 50 % H 2 in 50 % CO ni mogoče uporabiti. razdeljen na določen način. Toda pri -197 °C del CO kondenzira v tekočino; pri -205 °C parcialni parni tlak tekočega CO ne presega 1/7 Atm, destilacijski plin pa vsebuje le 14 % CO. Z nadaljnjim znižanjem temperature ali zvišanjem tlaka lahko dosežemo še ugodnejše rezultate. Torej, pri tlaku 50 Atm in temperaturi -197 ° C je delni tlak CO 0,5 Atm, delni tlak H2 pa 49,5 Atm, to je vsebnost CO v mešanici 0,5: 50 = 1 % . Pri -203 °C in 50 atm vodik vsebuje samo 0,3 % nečistoč CO. Tako občutno hlajenje vodnega plina je mogoče le z uporabo tekočega zraka (ali tekočega dušika pri znižanem tlaku; slednji je stroškovno ugodnejši), saj vodni plin zaradi znatne vsebnosti H 2 v njem izkazuje le zelo rahlo ohlajanje, ko se tlak zmanjša (zanemarljiv Joulov učinek -Thomson).

Diagram postopka utekočinjanja CO je prikazan na sl. 1. Vodni plin d. b. očiščen CO2. Da bi prihranili pri porabi NaOH, je Bedford predlagal "pranje" vodnega plina z vodo pod visokim pritiskom, po katerem vsebuje le 0,3 - 0,5% CO 2.

Za čiščenje plina in odstranitev teh sledi CO 2 ga pod pritiskom obdelamo z natrijevim apnom. Vstopi stisnjen vodni plin A in se hladi s protihladnimi plini; v tem primeru CO kondenzira v tekočino in se zbira v njej b. Ventil V zniža tlak hlapov CO, nakar ta uhaja G skozi d pri sobni temperaturi. Po drugi strani pa vodik odide skozi e. Tekoči zrak, potreben za hlajenje, se nahaja (shematsko) v h. Vodik, izoliran po opisani metodi, ne vsebuje lahko kondenziranih primesi (CO 2, O 2, CH 4 = 0%), vsebuje pa tudi od 2 do 1,7% CO in od 1,0 do 0,8% N 2; to. vsebnost čistega vodika v njem je 97,0-97,5%. Takšen vodik s specifično težo 0,094 je zelo primeren za kovinsko inženirstvo, metalurgijo in aeronavtiko. Ogljikov monoksid, kondenziran med tem postopkom, vsebuje 80–85 % CO in se uporablja kot vnetljiv plin za kritje stroškov goriva v podjetju. Nastali ogljikov monoksid CO zadostuje za ta namen že v napravah s kapaciteto 100 m 3 /h vodika. Pri velikih napravah je celo presežek CO, ki se lahko uporabi kot gorivo za proces frakcioniranja uporabe tekočega zraka na O 2 in Na. Prvi se uporablja za avtogeno varjenje, drugi - za sintezo amoniaka. V zadnjem času so se odprle nove možnosti za uporabo ogljikovega monoksida v povezavi z briljantnimi odkritji Vergiusa in Fr. Fischer, ki obljublja, da bo izvedel sintetično proizvodnjo tekočih ogljikovodikov in številnih produktov organske sinteze neposredno iz premoga ali iz prvega produkta njegovega zgorevanja, CO. Izboljšanje kemijsko-tehnoloških metod, povezanih s tem področjem, bi moralo prinesti revolucijo brez primere na celotno področje uporabne kemije in hkrati vplivati na vse veje svetovne industrije.

Na sl. Slika 2 prikazuje diagram celotne instalacije z metodo Linde-Frank-Caro. Iz generatorja A se plin dovaja za čiščenje v pralnik B in komoro C za suho čiščenje, nato pa se zbira v rezervoarju za plin G.

Od tod plin, ki še vsebuje do 3 % CO 2, vstopi v kompresorje, ki ga po dvostopenjski kompresiji prenesejo na »pranje« CO 2 v vodne stolpe, iz katerih plin vstopa v ohlajeni posodi K in K, kjer ostanek CO 2 absorbira CO 2, ki je prisoten v teh posodah z NaOH. K in K delujeta izmenično, en teden naenkrat, tako da lahko proces poteka neprekinjeno. V K in K se vodik loči od CO kondenzira v tekočino in izstopa pod tlakom 50 atm. Kompresor L dodatno poveča tlak vodika, ki vstopa v jeklene jeklenke M.

Trenutno najpomembnejša metoda za proizvodnjo vodika v tehničnem obsegu je metoda, ki temelji na oksidaciji kovinskega železa pri vroči temperaturi z vodno paro, da nastane prosti vodik:

Temu procesu sledi obratni proces redukcije železovih oksidov, ki se običajno doseže z delovanjem vodnega plina nanje; nato železo spet reagira z vodno paro itd. Ta postopek je prvi odkril Lavoisier (1783), leta 1794 pa sta ga po njegovem razvoju Preiner in Saint-Clair-Deville uporabila v francoski vojski za polnjenje zračnih kroglic. Za uspešen potek postopka mora imeti železo, naloženo v redukcijsko peč posebne lastnosti: Biti mora porozen in se ne sme drobiti ali zlivati. Takšno železo je bilo pridobljeno z redukcijo določenih rud v ustreznih pogojih (železov lesk) ali z redukcijo železovih oksidov, ki ostanejo med žganjem vzorcev železovih piritov brez arzena in cinka (Internationale Wasserstoff-A.-G., G. P. 220889). Diefenbach in Moldenhauer sta v ta namen zelo uspešno uporabila žgano železo. Prisotnost železovih oksidov, žveplovih spojin in ogljikovega monoksida v plinu, ki se uporablja za obratno redukcijo železovih oksidov, zelo škodljivo vpliva na proces redukcije vodne pare z železom; V zadnji primer reducirano železo je prekrito s prevleko iz premoga, ki preprečuje nadaljnjo tvorbo vodika. Lane in Zauberman (G.P. 234175) sta bila uporabljena kot kontaktna masa železove rude(v velikih kosih), reduciran pri 800°C s plini, ki ne vsebujejo ogljikovodikov in vsebujejo nepomemben % CO v primerjavi z njihovo vsebnostjo H 2 ; to so dobili. visoko porozno gobo železo. Internationale Wasserstoff-A.-G. uporabili kontaktno maso, reducirano iz rude pri 800 °C pod delovanjem tehničnega plina; Messerschmitt je predlagal obremenitev aparata z maso, ki je poleg poroznega železa vsebovala tudi kompaktno železo (GP 258053). Da bi preprečili zamašitev cevi z ohlapno kontaktno maso in preprečili njeno sintranje in taljenje, je isti Messerschmitt predlagal uporabo železa v obliki ozkih cevi, ki bi bile v stiku z redukcijskimi plini tako na zunanji kot na notranji strani. Diefenbach in Moldengauer (GP 270704) v kontaktno maso primešata Mn, Cr, W, Ti in druge kovine, ki jih vodna para skupaj z železom oksidira, vendar se ne reducira nazaj kot slednje z redukcijskimi plini. Zato tvorijo nekakšen skelet iz svojih oksidov za porozno železo, ne da bi se sami stopili in preprečili sintranje kontaktne mase železa. Neger in Noding kot kontaktno maso uporabljata litoželezne drogove, ki se lažje obnovijo in tedne ne spremenijo oblike pri 1000°C (tališče litega železa je okoli 1200°C), vendar mora v tem primeru kurišče uporabiti. olje, saj pri zgorevanju generatorja in vodnega plina dosežemo temperature nad 1200°C. Gerhartz predlaga vpihovanje vodne pare v staljene kovine, pri čemer voda oksidira nekatere kovine (podobno kot Bessemerjev in Thomasov postopek), vodik pa se sprosti v plinastem stanju. Celotna linija drugi patenti: Belu (G.P. 43989), F. Krupna (G.P. 73978 in 67827), Strache (G.P. 77350), G. Schimming (G.P. 95071), Yu.Pincha (G. . P. 283160), Elworthy in Williamson (G. P. 164350), Caro (G. P. 249269), vsebujejo določene izboljšave, Ch. prir. v smislu varčnejše rabe energije, pa tudi uspešnejšega izbora in obdelave kontaktne mase oziroma čim bolj racionalnega zaporedja posameznih stopenj procesa. V zvezi s tem je treba za najuspešnejšo metodo šteti metodo, ki jo je patentiral BAMAG (G.P. 294039), ki je sestavljena iz dejstva, da po začetni oksidaciji kontaktne mase ne sledi takoj obratni proces njene redukcije z generatorskim plinom. prvi proces, med obema procesoma pa nekaj časa skozi kontaktno maso vpihuje zrak, ki povzroči popolno oksidacijo le-te, v nasprotju z delno oksidacijo kontaktne mase, ko je izpostavljena vodni pari. V tem primeru se sprosti tako velika količina toplote, da je več kot dovolj za vzdrževanje celotnega procesa. Številni patenti vloženi pri Messerschmittu (G.P. 263391 in drugi) zelo uspešno rešujejo vprašanje regulacije segrevanja kontaktne železne mase. Vodik se proizvaja v jaščni peči. Začetno segrevanje generatorja na temperaturo 700-900°C se izvaja z uporabo vodnega plina in traja 7-8 ur, nato pa, ko se ponovi, ta faza postopka ne zahteva več kot 17-19 minut. Po vzpostavitvi celotne kontaktne mase se s 5-10 sekundnim pihanjem odstranijo še zadnje sledi vodnega plina in zraka. vodni plin in preklopite proces v nasprotno smer po enačbi:

Ta faza traja približno 8 minut, nato pa 3-5 minut. pihanje zraka za izgorevanje odloženega premoga (in včasih žvepla); to ustvarja znatno količino toplote; nato spet sledi faza okrevanja itd. Metoda BAMAG (GP 267944 in 300711) je zelo podobna zgoraj opisani metodi Messerschmitt. Faza tvorbe vodika tukaj traja približno 5 minut. Menjava oksidativne in redukcijske faze poteka samodejno. Ta metoda omogoča pridobivanje produkta, ki vsebuje 98,5 % vodika.

Na sl. 3 prikazuje shematski diagram Griggsovega aparata, ki je po vrsti podoben aparatu K. Frank-Messerschmitt. V tej napravi se proces odvija v naslednje naročilo. 1) Faza redukcije: skozi vstopi mešanica zraka in redukcijskega plina A in se segreje v komori b, nato pa segreje šamotne rešetke, ki tvorijo osrednji del aparata; potem gre skozi presežek redukcijskega plina, ki reducira železove okside, ki jih vsebuje V. 2) Faza tvorbe vodika: hlapi, ki vstopajo skozi G, gredo skozi del naprave, v katerem so šamotne rešetke, nato vstopijo V, nakar izstopijo skozi d. 3) Faza prenosa pare: vodna para vstopa skozi d, iti skozi V, se spustimo po osrednjem delu in izstopimo skozi G. 4) Faza prezračevanja: zrak vstopa skozi A.

Pri pridobivanju vodika z delovanjem železa na vodno paro je treba najbolj skrbeti za izboljšanje toplotnega izkoristka, kajti če ne poskrbimo za rekuperacijo, se 90 % toplote vodnega plina izgubi. Peči so izdelane iz posebnih zlitin, ki dobro prenašajo temperaturne spremembe. Pretok in izstop plinov v peč se regulirata avtomatsko (npr. Dempstonov patent: ameriški P. 104115/16, Bathov patent, belgijski P. 137674/19 itd.). Aparat tipa Messerschmitt (z eno pečjo) ima očitno prednost pred aparatom z več pečmi (tip Lane). Več in več večjo uporabo Kot nadomestek za vodni plin pridobivamo redukcijske industrijske pline, na primer kurilne pline (Griggsov aparat - angl. P. 142882/20), pline iz koksarne, ki vsebujejo do 50% H 2, ki običajno ostane brez uporabe, svetilni plin. Slednja okoliščina omogoča enostavno prilagoditev koksarniških ali plinskih naprav za proizvodnjo vodika (Soc. Oxyhydrique Frangaise, F.P. 563600). Metodo tovarne Electron v Griesheimu zasleduje Ch. prir. cilj čim večje odstranitve ogljikovega monoksida s prehodom mešanice plinov skozi katalizatorje in skozi apno ter z ločevanjem dveh glavnih reakcijskih plinov drug od drugega (Greenwood, angleško str. 137340/18). Metoda Diefenbacha in Moldenhauerja omogoča, da v istem postopku pridobimo vodni plin, ga oksidiramo z vodno paro in absorbiramo CO 2 (Catalysateurs Griesheim, Prius; angleško P. 128273/17 Neville et Taylor). Metoda po Graerju (Belgian P. -561409/22) vključuje trošenje apna, zato se vodni plin spusti skozi vodno apno v odsotnosti vodne pare.

drugo fizikalne metode oddelki. Claude (F.P. 130092, 130358/18) je predlagal izkoriščanje znatno nižje topnosti vodika v organskih topilih (na primer etru) v primerjavi z drugimi plini iz koksarne za ločevanje vodika od drugih plinov. Krivulje na sl. 4 izraža razmerje topnosti ogljikovega monoksida in vodika v etru. Vendar metoda utekočinjanja očitno ohranja svojo prednost. Claude kondenzira koksarniške pline in iz njih loči vodik. Hkrati je mogoče izolirati tudi tiste ogljikovodike, ki jih vsebujejo koksarniški plini, ki se uporabljajo v industriji.

V zadnjem času postajajo vse bolj pomembne metode, ki temeljijo na cepljenju ogljikovodikov in drugih organskih spojin pri visokih temperaturah ali pod delovanjem katalizatorjev s sproščanjem prostega vodika. Druga vrsta metode pridobivanja vodika je interakcija pri visokih temperaturah ogljikovodikov, pomešanih z vodno paro, ki proizvaja čisti vodik in ogljikov monoksid ali ogljikov dioksid. BASF doseže ta cilj s prehajanjem zmesi skozi zelo kratko plast kontaktne mase, na primer skozi mreže iz nikljeve žice. Razpad ogljikovodikov dosežemo pri vročini še hitreje in bolj popolno, če kot katalizator uporabimo nikljev oksid ali kovinski nikelj, ki ga fino zdrobimo in v tem stanju nanesemo na ognjevarne materiale. Po Rinkerju in Wolterju (G.P. 174253, 210435) lahko vodik pridobivamo tudi iz naftnega plina. Hlapi olja ali premogovega katrana se vnesejo v generator, napolnjen z vročim koksom (ali pa se vanj razpršijo ostanki nafte ali premogov katran od zgoraj). Hlapi gredo skozi plasti koksa, kjer se razcepijo in pri dovolj visoki temperaturi tvorijo končni plin, ki vsebuje do 96 % vodika. Glede na dejstvo, da se temperatura generatorja zaradi endotermnosti reakcije razgradnje naftnega plina močno zmanjša, je treba občasno prenehati dodajati naftni plin in povečati temperaturo generatorja z ogrevanimi plini. . Rinker-Wolterjeva metoda je sprva pomenila le proizvodnjo svetilnega plina z majhno vsebnostjo ogljika iz nafte ali njenih ostankov. Vendar je BAMAG to metodo toliko izboljšal, da je mogoče dobiti produkt s specifično težo 0,087-0,090 in vsebnostjo vodika do 98 % (ostalo je dušik).

V primerih, ko uporaba vodika ne dovoljuje prisotnosti strupenih nečistoč v njem, ki "zastrupljajo" katalizator, vključen v proizvodni proces, za katerega se uporablja vodik (tudi pri proizvodnji vodika za žarnice z žarilno nitko), je najbolj primeren uporabiti elektrolitski vodik(še posebej, če razpoložljivost hidroelektričnih virov in možnost sočasne uporabe kisika, pridobljenega kot stranski produkt, zniža ceno elektrolitskega vodika). V takšnih primerih je možno uporabiti elektrolitski vodik prednostno pred vodikom, proizvedenim z drugimi metodami, pri katerih je potrebno vodik očistiti neizogibnih strupenih nečistoč. Elektrolitski vodik je seveda popolnoma čist. Za elektrolizo se uporablja voda, ki ji je dodana določena količina kisline, jedkih alkalij in ogljikovih alkalij. Elektrode so izdelane iz železa (za alkalne reakcije) ali svinca (za kisle raztopine). Da bi preprečili mešanje H 2 z O 2, sta elektrodi med seboj ločeni z membrano iz poroznega (azbestna tkanina) neprevodnega materiala. Na podlagi tega principa je bila v Chalet-Meudon zasnovana vodikova elektrarna za vojaške letalske namene (metoda Repart). Za elektrolizo se uporablja napetost 2,25-2,5 V pri temperaturi elektrolita 50-70 ° C. Naprave, zgrajene na tem principu, proizvajajo vodik 99,8-odstotne čistosti. Drugo načelo zasnove naprav za elektrolizo vključuje prisotnost pregrade med elektrodami iz električno prevodnega materiala.

Poseben pomen za elektrolitsko proizvodnjo vodika je pridobila naprava O. Schmita (G.P. 111131). Ta elektrolizator je sestavljen iz sistema elektrod, povezanih skupaj kot filtrirna stiskalnica. Struktura celotnega aparata je razvidna iz sl. 5a - shematski stranski pogled na aparat, 5b - vodoravni prerez, 5c - prerez skozi en okvir (pogled od spredaj) in 5d - prerez skozi plinski separator; ee - dvojne elektrode, d - diafragme; vsaka elektrodna plošča na vrhu in na dnu ima dve luknji o, o in o", o".

Skozi te luknje potekata dva kanala: spodnji dovaja vodo v elektrodne prostore, zgornji služi za odstranjevanje nastalih plinov. Nadaljnja izboljšava te namestitve je popolna izolacija krožnikov od njihovih držal z vnosom kratkih plasti porcelana, stekla in drugih materialov med krožnike in držala. izolacijski materiali. Tovarna Oerlikon proizvaja (G.P. 275515) elektrolizerje za 20, 40, 75 in 125 A, naprave za napetosti 65, 110 in 220 V. Elektrolit je 10% raztopina pepelike. Za proizvodnjo 1 m 3 vodika pri 40 °C je potrebnih 6 kW. Zaradi zaprte narave celotnega aparata lahko plini pridobljen pod pritiskom. Različice istega sistema elektrolizatorjev so naprave Aikena, Leroya in Moritza, pa tudi elektrolizer francoskega anonimnega društva (Societe Anonyme Oxyhydrique). Naprave sistema Levin (G.P. 288776) se odlikujejo po posebej priročnem dizajnu, razlika od zgoraj opisanih je možnost regulacije hidrostatičnega in plinskega tlaka vsake celice posebej zaradi dejstva, da je na dnu zbiralnikov plina so na stran upognjeni kanali z luknjami, s pomočjo katerih pridejo plini iz posameznih plinskih zbiralnikov v skupni zbiralnik. S spreminjanjem višine izstopnega nivoja je možno regulirati tlak plina in nivo tekočine vsake celice posebej. Naprave Levine izdelujejo v New Yorku pri International Oxygen C°.

Znatne količine vodika nastanejo kot stranski produkt pri proizvodnji butilnega alkohola s fermentacijsko metodo pod vplivom čistih kultur Clostridium acetobutilicum. Tovarne Commercial Solvents Corporation v ZDA proizvedejo približno 69.000 m 3 vodika na dan kot stranski produkt s to metodo, skupaj z enoinpolkratno količino CO 2. Tako pomemben izkoristek vodika omogoča njegovo uporabo na kraju samem za proizvodnjo sintetičnega amoniaka.

IN vojni čas za proizvodnjo vodika so bile uporabljene metode (ne glede na izračun stroškov vodika), ki so omogočale hitro proizvodnjo vodika z uporabo enostavno premičnih naprav. Te metode vključujejo: silikonsko metodo (Jaubert ali Lelorge - delovanje alkalij na ferosilicij), hidrogenitno metodo (delovanje NaOH na silicij), hidrolitično metodo (delovanje vode na CaH 2), metodo delovanja kisline na cink ali železo, delovanje aluminija na raztopino kavstične sode, Morino-Beauprejeva metoda (učinek aluminijevega amalgama na kavstično sodo), hidronska metoda (učinek zlitine natrija in svinca na vodo), Metoda Rinker-Voltaire, prilagojena razmeram na terenu, in druge.

Uporaba vodika. Pred vojno 1914-18. poraba in proizvodnja vodika je bila sorazmerno zelo omejena. Vodik so uporabljali za aeronavtiko, za (takrat zelo slabo razvito) proizvodnjo sintetičnega amoniaka, za avtogeno varjenje kovin, kjer je vodik postopoma nadomestil acetilen. Šele vojna, ki je izpostavila veliko potrebo po vodiku, je močno prispevala k izboljšanju metod za njegovo proizvodnjo in razvoju vodikove industrije. Sintetični amoniak je bil potreben v ogromnih količinah tako za namene gnojila, zaradi težav pri transportu čilske solitre, kot tudi kot začetni produkt za njeno oksidacijo po Ostwaldovi metodi v dušikovo kislino, potrebno za proizvodnjo eksplozivov. Tudi potreba po vodiku za aeronavtiko je med vojno dosegla pomembne razsežnosti. Po koncu vojne se proizvodnja sintetičnega amoniaka za gnojilne namene ne le ni zmanjšala, ampak se je tudi močno povečala (samo obrati BASF za proizvodnjo sintetičnega amoniaka porabijo 2 milijona m 3 vodika na dan). Prav tako se je močno povečala poraba vodika za hidrogeniranje maščob, kar omogoča pretvorbo rastlinskih maščob nizke vrednosti in neužitnih. ribje olje pridobivanje trdnih maščob, primernih za prehrano, pa tudi za proizvodnjo mila. Proizvodnja hidrogeniranih maščob je zelo razvita v Franciji (Marseille), ZDA in na Japonskem. Leta 1922 je Japonska proizvedla 62 ton hidrogenirane maščobe na dan. Pred vojno je v Rusiji delovalo več tovarn za hidrogeniranje maščob (Volga delniška družba "Salolin" v Sankt Peterburgu in N. Novgorodu). V ZSSR je proizvodnja hidrogeniranih maščob na voljo na primer v tovarni salamas v Rostovu na Donu, v Moskvi v nekdanji tovarni stearina Nevsky in drugod. Ta vrsta industrije se zelo hitro razvija in porabi vedno več velike količine vodik. Vodik se pogosto uporablja v tehnologiji in raziskovalnih laboratorijih za hidrogeniranje drugih nenasičenih organskih spojin (razen maščob), kot so aromatski ogljikovodiki (na primer pri proizvodnji dekalina, tetralina iz naftalena, za hidrogeniranje acetilena in ogljikovodikov, pridobljenih z suho destilacijo kamenega in rjavega premoga ter za hidrogeniranje naftnih ostankov, predelanih v prisotnosti katalizatorjev z dodatkom vodika v hidrogenirane produkte). Poleg tega se vodik uporablja v številnih kemičnih industrijah, na primer pri proizvodnji aminov iz nitro spojin, alkoholov iz aldehidov (na primer vinski alkohol iz acetaldehida), pri proizvodnji metana iz ogljikovega monoksida, za proizvodnjo mravljinčne kisline z delovanjem vodika na ogljikov dioksid ali bikarbonate pod vplivom temnih električnih razelektritev. Z delovanjem vodika na alkaloide, lecitin in druge organske spojine se pridobivajo številna farmacevtska zdravila. IN Zadnja leta Potrebo po vodiku je zadovoljila še vedno nova industrija, ki ji je bila usojena največja vloga v kemični industriji. To področje uporabe vodika je povezano z odkritjem tako imenovanih metod Bergiusa in Fischerja. utekočinjanje premoga, tj. metode dodajanja vodika premogu pri visokem tlaku in s sodelovanjem katalizatorjev s tvorbo tekočih vnetljivih ogljikovodikov, pa tudi metode dodajanja vodika pri visokem tlaku nenasičenim organskim spojinam. Opozoriti je treba tudi na delo švicarskega prof. Fiertz, ki je razvil metodo za dodajanje vodika celulozi. Zato ne preseneča, da se metode za pridobivanje vodika v zadnjem času intenzivno razvijajo v vseh državah in da število patentov, povezanih s temi metodami, v vseh državah raste z neverjetno hitrostjo.

Za proizvodnjo vodika glejte.

Tekoči vodik, LH2, LH 2 poslušajte)) se pogosto uporablja v industriji kot oblika shranjevanja plina in v astronavtiki kot raketno gorivo.

Zgodba

Prvo dokumentirano uporabo umetnega hlajenja je izvedel angleški znanstvenik William Cullen leta 1756, Gaspard Monge je prvi dobil tekoče stanje žveplovega oksida leta 1784, Michael Faraday je prvi pridobil utekočinjen amoniak, ameriški izumitelj Oliver Evans je bil prvi, ki je leta 1805 razvil hladilni kompresor, Jacob Perkins je bil prvi, ki je patentiral hladilni stroj leta 1834, John Gorey pa je bil prvi, ki je patentiral klimatsko napravo v ZDA leta 1851, Werner Siemens je leta 1857 predlagal koncept regenerativnega hlajenja, Karl Linde je leta 1876 patentiral opremo za proizvodnjo tekočega zraka z uporabo kaskadnega "Joule-Thomsonovega ekspanzijskega učinka" in regenerativnega hlajenja. Leta 1885 je poljski fizik in kemik Zygmunt Wroblewski objavil kritično temperaturo vodika 33, kritični tlak 13,3 atm. in vrelišče pri 23. Prvič je vodik utekočinil James Dewar leta 1898 z uporabo regenerativnega hlajenja in njegovega izuma, Dewarjeve bučke. Prvo sintezo stabilnega izomera tekočega vodika, paravodika, sta leta 1929 izvedla Paul Harteck in Carl Bonhoeffer.

Spinski izomeri vodika

Vodik pri sobni temperaturi je sestavljen iz 75 % spinskega izomera, ortovodika. Po proizvodnji je tekoči vodik v metastabilnem stanju in ga je treba pretvoriti v paravodikovo obliko, da se izognemo spontani eksotermni reakciji njegove pretvorbe, ki povzroči močno spontano izhlapevanje nastalega tekočega vodika. Pretvorbo v paravodikovo fazo običajno dosežemo z uporabo katalizatorjev, kot so železov oksid, kromov oksid, aktivno oglje, s platino prevlečen azbest, redke zemeljske kovine ali z uporabo dodatkov urana ali niklja.

Uporaba

Tekoči vodik se lahko uporablja kot oblika shranjevanja goriva za motorje z notranjim zgorevanjem in gorivne celice. Z uporabo te agregatne oblike vodika so bili ustvarjeni različni koncepti transporta vodika (glej npr. DeepC oz BMW H2R). Zaradi bližine zasnov lahko ustvarjalci LHV opreme uporabljajo ali samo spreminjajo sisteme na utekočinjeni zemeljski plin (LNG). Zaradi manjše volumetrične energijske gostote pa zgorevanje zahteva večjo prostornino vodika kot zemeljski plin. Če se v batnih motorjih namesto "CNG" uporablja tekoči vodik, je običajno potreben bolj zajeten sistem za gorivo. Pri neposrednem vbrizgavanju povečane izgube v sesalnem traktu zmanjšajo polnjenje valjev.

Tekoči vodik se uporablja tudi za hlajenje nevtronov v poskusih sipanja nevtronov. Masi nevtronskega in vodikovega jedra sta skoraj enaki, zato je izmenjava energije pri elastičnem trku najbolj učinkovita.

Prednosti

Prednost uporabe vodika so "ničelne emisije" njegove uporabe. Produkt njegove interakcije s kisikom v zraku je voda, v resnici pa - tako kot pri običajnih fosilnih nosilcih energije - zaradi prisotnosti dušikovih molekul v zraku pri gorenju nastane majhna količina oksidov tega plina. se tudi oblikuje.

Ovire

En liter "ZhV" tehta le 0,07 kg. To pomeni, da je njegova specifična teža 70,99/at 20. Tekoči vodik zahteva tehnologijo kriogenega shranjevanja, kot so posebne toplotno izolirane posode in zahteva posebno rokovanje, kar je značilno za vse kriogene materiale. V tem pogledu je blizu tekočemu kisiku, vendar zahteva večjo previdnost zaradi požarne nevarnosti. Tudi z izoliranimi posodami ga je težko obdržati pri nizkih temperaturah, potrebnih za ohranjanje tekočega (običajno izhlapi s hitrostjo 1 % na dan). Pri ravnanju z njim morate upoštevati tudi običajne varnostne ukrepe pri delu z vodikom (»Hydrogen Safety«) – dovolj je hladen, da utekočini zrak, ki je eksploziven.

Raketno gorivo

Tekoči vodik je običajna sestavina raketnega goriva, ki se uporablja za pospeševanje curkov nosilnih raket in vesoljskih plovil. V večini raketnih motorjev na tekoče vodik se najprej uporabi za regenerativno hlajenje šobe in drugih delov motorja, preden se zmeša z oksidantom in sežge za ustvarjanje potiska. Sodobni motorji, ki uporabljajo komponente H 2 /O 2, porabljajo mešanico goriva, ki je preveč obogatena z vodikom, kar vodi do določene količine nezgorelega vodika v izpuhu. Poleg povečanja specifičnega impulza motorja z zmanjšanjem molekulske mase se s tem zmanjša tudi erozija šobe in zgorevalne komore.

Takšne ovire za uporabo LH na drugih področjih, kot sta kriogena narava in nizka gostota, so tudi omejevalni dejavnik za uporabo v tem primeru. Od leta 2009 obstaja le ena nosilna raketa (LV "Delta-4"), ki je v celoti vodikova raketa. V bistvu se "ZhV" uporablja bodisi na zgornjih stopnjah raket bodisi na blokih, ki opravljajo pomemben del dela izstrelitve tovora v vesolje v vakuumu. Kot eden od ukrepov za povečanje gostote te vrste goriva so predlogi za uporabo vodika, podobnega blatu, to je napol zamrznjene oblike "tekočega vodika".

Vodik z različnimi oksidanti

Podatki temeljijo na tabelah, objavljenih v ZDA v okviru Thermodynamic Data Collection Project " JANAF"(Angleščina) J mazilo A rmy n avy A ir F orce , « Zbirka ameriške mornarice in vojaškega letalstva«), ki se pogosto uporabljajo za te namene. Sprva je izračune izvedlo podjetje " Rocketdyne" V tem primeru so bile narejene predpostavke, da poteka adiabatno zgorevanje, izentropsko širjenje v eno smer in premik ravnotežnega stanja. Poleg možnosti uporabe vodika kot goriva obstajajo možnosti uporabe vodika kot delovne tekočine, kar je razloženo z njegovo nizko molekulsko maso. Vsi podatki so izračunani za tlak v zgorevalni komori (“ KS"), enako 68,05 atmosfere. Zadnja vrstica tabele vsebuje podatke za plina vodik in kisik.

Optimalna ekspanzija od 68,05 atm do pogojev:			Zemljina površina (1 atm)					vakuum (0 atm, širina šobe 40:1)
Oksidator	Gorivo	Komentar	V e	r	Tc	d	C*	V e	r	Tc	d	C*
LOX	H 2	razširjena	3816	4.13	2740	0.29	2416	4462	4.83	2978	0.32	2386
	H 2 - 49/51		4498	0.87	2558	0.23	2833	5295	0.91	2589	0.24	2850
	CH4/H2 92,6/7,4		3126	3.36	3245	0.71	1920	3719	3.63	3287	0.72	1897
F 2	H 2		4036	7.94	3689	0.46	2556	4697	9.74	3985	0.52	2530
	H 2 - 65,2/34,0		4256	0.96	1830	0.19	2680
	H 2 -Li 60,7/39,3							5050	1.08	1974	0.21	2656
OD 2	H 2		4014	5.92	3311	0.39	2542	4679	7.37	3587	0.44	2499
F 2 /O 2 30/70	H 2		3871	4.80	2954	0.32	2453	4520	5.70	3195	0.36	2417
GOX	GH 2		3997	3.29	2576	-	2550	4485	3.92	2862	-	2519

Tabela uporablja naslednji zapis:	r	[-]	- masno razmerje zmesi " oksidant/gorivo»;
	V e	[/sek]	- povprečni pretok plina;
	C*	[/sek]	- značilna hitrost;
	Tc	[°C]	- temperatura v zgorevalni komori;
	d	[/cm³]	- povprečna gostota goriva in oksidanta;

pri čemer " V e" je enaka enota kot specifični impulz, vendar zmanjšana na dimenzijo hitrosti [ *sek/kg], A " C*» se izračuna tako, da se tlak v zgorevalni komori pomnoži z razteznim koeficientom površine šobe in nato deli z masnim pretokom goriva in oksidanta, kar daje prirastek hitrosti na enoto mase.

Poglej tudi

Nevarnost

Tekoči vodik je zelo nevaren za ljudi. Stik LH s kožo lahko povzroči ozebline, vdihavanje hlapov pa lahko povzroči pljučni edem.

Napišite oceno o članku "Tekoči vodik"

Opombe

Povezave

, vodik

Odlomek, ki opisuje tekoči vodik

- Gospod Jezus Kristus! - rekla je.
Mavra Kuzminishna se je ponudila, da odnese ranjenca v hišo.
"Gospodje ne bodo rekli ničesar ..." je rekla. Vendar se je bilo treba izogibati vzpenjanja po stopnicah, zato so ranjenca prenesli v gospodarsko poslopje in ga položili v nekdanji sobi m me Schossa. Ranjenec je bil princ Andrej Bolkonski.

Prišel je zadnji dan Moskve. Bilo je jasno, veselo jesensko vreme. Bila je nedelja. Kot ob navadnih nedeljah je bila maša napovedana po vseh cerkvah. Zdelo se je, da še nihče ne more razumeti, kaj čaka Moskvo.
Le dva pokazatelja družbenega stanja sta izražala položaj, v katerem je bila Moskva: mafija, to je sloj revežev, in cene predmetov. Tovarnarji, dvorni in kmetje so v ogromni množici, v kateri so bili uradniki, semeniščniki in plemiči, zgodaj zjutraj odšli na Trogorje. Ko je stala tam in ni čakala na Rostopchina in se prepričala, da se bo Moskva predala, se je ta množica razkropila po Moskvi, v pivnice in gostilne. Tudi cene tistega dne so kazale na stanje. Cene orožja, zlata, vozov in konj so rasle, cene papirja in mestnih stvari pa padale, tako da so bili sredi dneva primeri, ko so fijakerji odnašali drago blago, npr. sukno, za nič, za kmečkega konja pa petsto rubljev; pohištvo, ogledala, bronaste so dajali brezplačno.
V umirjeni in stari rostovski hiši je bil razpad prejšnjih življenjskih razmer izražen zelo šibko. Edina stvar pri ljudeh je bila, da so tisto noč izginili trije ljudje z ogromnega dvorišča; ukradeno pa ni bilo nič; in glede na cene stvari se je izkazalo, da je bilo trideset vozov, ki so prišli iz vasi, ogromno bogastvo, ki so mu ga mnogi zavidali in za katerega so Rostovcem ponujali ogromne količine denarja. Ne samo, da so ponujali ogromne vsote denarja za te vozove, ampak so od večera in zgodnjega jutra 1. septembra prihajali na dvorišče Rostovih stražarji in služabniki, poslani od ranjenih častnikov, in sami ranjenci, ki so bili nameščeni pri Rostovih. in v sosednjih hišah vlekli s seboj in prosili ljudi Rostovih, naj poskrbijo, da jim bodo dali vozove za odhod iz Moskve. Butler, na katerega so bile naslovljene takšne prošnje, jih je, čeprav so se mu smilili ranjenci, odločno zavrnil, češ da si tega niti grofu ne bo upal poročati. Ne glede na to, kako usmiljeni so bili preostali ranjenci, je bilo očitno, da če so oddali en voz, ni razloga, da ne bi oddali tudi drugega in se odpovedali vsemu in svojim posadkam. Trideset vozov ni moglo rešiti vseh ranjencev in v splošni nesreči ni bilo mogoče ne misliti nase in na svojo družino. Tako si je butler mislil za svojega gospodarja.
Ko se je zjutraj 1. zbudil, je grof Ilya Andreich tiho zapustil spalnico, da ne bi zbudil grofice, ki je zjutraj pravkar zaspala, in v svoji vijolični svileni obleki je odšel na verando. Vozovi so privezani stali na dvorišču. Na verandi so stale kočije. Butler je stal na vhodu in se pogovarjal s starim redarjem in mladim, bledim častnikom z zvezano roko. Butler je, ko je zagledal grofa, dal častniku in ukazu pomenljivo in strogo znamenje, naj odide.
- No, je vse pripravljeno, Vasilič? - je rekel grof, si pomeljal plešasto glavo in dobrodušno pogledal častnika in redarja ter jima pokimal z glavo. (Grof je imel rad nove obraze.)
- Vsaj izkoristite ga zdaj, vaša ekscelenca.
- No, to je super, grofica se bo zbudila in Bog te blagoslovi! Kaj počnete, gospodje? – se je obrnil k častniku. - V moji hiši? – Policist se je približal. Bled obraz nenadoma je močno zasvetilo.
- Grof, naredite mi uslugo, da se ... za božjo voljo ... zatečem nekam na vaše vozove. Tukaj nimam ničesar s seboj ... Sem v vozičku ... ni pomembno ... - Preden je častnik imel čas, da je končal, se je redar obrnil k grofu z isto prošnjo za svojega gospodarja.
- A! "Da, da, da," je naglo rekel grof. - Zelo, zelo sem vesel. Vasilich, vi dajete ukaze, no, pospraviti enega ali dva voza, no ... no ... kar je potrebno ... - je rekel grof z nejasnimi izrazi in nekaj naročil. Toda v istem trenutku je oficirjev goreč izraz hvaležnosti že potrdil, kar je ukazal. Grof se je ozrl okoli sebe: na dvorišču, pri vratih, v oknu gospodarskega poslopja so bili videti ranjenci in redarji. Vsi so pogledali grofa in se odpravili proti verandi.
- Prosim, vaša ekscelenca, v galerijo: kaj naročite glede slik? - je rekel butler. In grof je z njim vstopil v hišo in ponovil svoj ukaz, naj ne zavrnejo ranjencev, ki so prosili za odhod.
»No, no, saj lahko kaj združimo,« je dodal s tihim, skrivnostnim glasom, kot da bi se bal, da ga bo kdo slišal.
Ob devetih se je grofica zbudila in Matrjona Timofejevna, njena nekdanja služkinja, ki je bila v zvezi z grofico vodja žandarjev, je prišla svoji nekdanji mladi dami poročat, da je Marija Karlovna zelo užaljena in da mlade dame poletne obleke Ne moreš ostati tukaj. Ko je grofica vprašala, zakaj me je Schoss užalil, se je razkrilo, da so njeno skrinjo odstranili z voza in vse vozove odvezovali – odnašali so blago in s seboj peljali ranjence, ki jih je grof v svoji preprostosti , ukazal, naj ga vzamejo s seboj. Grofica je ukazala prositi za svojega moža.
– Kaj je, prijatelj, slišim, da stvari spet odstranjujejo?
- Veste, ma chere, to sem vam hotel povedati... ma chere grofica... k meni je prišel častnik in me prosil, naj dam več vozov za ranjence. Navsezadnje je vse to pridobiten posel; Ampak pomislite, kako jim je ostati!.. Res, na naše dvorišče, sami smo jih povabili, tukaj so oficirji. Veš, pomislim, kajne, ma chere, tukaj, ma chere ... naj jih vzamejo ... kaj se mudi?.. - Grof je to plaho rekel, kakor je vedno govoril, ko je šlo za denar. Grofica je bila tega tona, ki je bil vedno pred opravilom, ki je uničevalo otroke, kot je kakšna gradnja galerije, rastlinjaka, ureditev domačega kina ali glasbe, že vajena in se ga je štela za svojo dolžnost, vedno upirajte temu, kar je bilo izraženo v tem plahem tonu.
Prevzela je svoj poslušno obžalovanja vreden videz in rekla možu:
"Poslušajte, grof, pripeljali ste do te mere, da za hišo ne dajo ničesar in zdaj je vse naše." stanje v otroštvu hočeš uničiti. Saj sami pravite, da je v hiši za sto tisočakov blaga. Jaz, prijatelj, se ne strinjam in ne strinjam. Tvoja volja! Vlada je tam za ranjence. Vedo. Poglejte: čez cesto, pri Lopuhinih, so pred tremi dnevi vse odnesli. Tako ljudje to počnejo. Mi smo edini bedaki. Smili se vsaj meni, pa otrokom.
Grof je zamahnil z rokami in brez besed odšel iz sobe.
- Očka! o čem govoriš? - mu je rekla Natasha in mu sledila v mamino sobo.
- Nič! kaj te briga – je jezno rekel grof.
"Ne, slišala sem," je rekla Natasha. - Zakaj mamica noče?
- Kaj te briga? - je zavpil grof. Nataša je šla k oknu in razmišljala.
»Oči, Berg nas je prišel obiskat,« je rekla in pogledala skozi okno.

Berg, zet Rostovih, je bil že polkovnik z Vladimirjem in Ano za vratom in je zasedel enako mirno in prijetno mesto kot pomočnik načelnika štaba, pomočnik prvega oddelka načelnika štaba drugega korpusa. .
1. septembra je prišel iz vojske v Moskvo.
V Moskvi ni imel kaj početi; vendar je opazil, da so vsi iz vojske prosili za odhod v Moskvo in tam nekaj naredili. Menil je tudi, da je treba vzeti čas za gospodinjstvo in družinske zadeve.
Berg se je v svoji čedni droški na parih dobro hranjenih savrasenkih, natanko takih, kot jih je imel en princ, pripeljal do tastove hiše. Previdno je pogledal na dvorišče na vozove in, ko je vstopil na verando, vzel čist robec in zavezal vozel.
Iz hodnika je Berg z lebdečim, nestrpnim korakom stekel v dnevno sobo in objel grofa, poljubil roke Nataše in Sonje ter naglo vprašal o zdravju svoje matere.
– Kako je vaše zdravje zdaj? No, povejte mi,« je rekel grof, »kaj pa čete?« Ali se umikajo ali bo prišlo do nove bitke?
"En večni bog, oče," je rekel Berg, "lahko odloča o usodi domovine." Vojska gori v duhu junaštva in zdaj so se vodje tako rekoč zbrali na sestanek. Kaj se bo zgodilo, ni znano. Ampak povem ti na splošno, oče, tako junaški duh, resnično starodavni pogum ruskih čet, ki so ga – to,« se je popravil, »pokazali ali pokazali v tej bitki 26., ni besed. vredno jih je opisati ... Ti povem, ata (tako se je udaril po prsih, kot se je udaril en general, ki je govoril pred njim, čeprav malo pozno, ker bi se moral udariti na prsi ob besedi “Ruska vojska”) - odkrito vam povem, da mi, voditelji, “Ne samo, da ne bi smeli nagovarjati vojakov ali kaj podobnega, ampak bi lahko na silo zadržali te, te... da, pogumni in starodavni podvigi,« je hitro rekel. – Povedal vam bom, da je general Barclay pred Tollyjem žrtvoval svoje življenje povsod pred vojsko. Naš korpus je bil postavljen na pobočju gore. Lahko si predstavljate! - In potem je Berg povedal vse, česar se je spomnil iz različnih zgodb, ki jih je slišal v tem času. Natasha, ne da bi spustila pogled, kar je Berga zmedlo, kot da bi na njegovem obrazu iskala rešitev za kakšno vprašanje, ga je pogledala.
– Takega junaštva nasploh, kot so ga kazali ruski vojaki, si ni mogoče predstavljati in zasluženo pohvaliti! - je rekel Berg, se ozrl nazaj k Nataši in kot da bi jo hotel pomiriti, se ji nasmehnil v odgovor na njen vztrajni pogled ... - "Rusija ni v Moskvi, je v srcih njenih sinov!" Kajne, oče? - je rekel Berg.
V tem času je grofica prišla iz sobe s kavčem, videti je bila utrujena in nezadovoljna. Berg je naglo skočil, poljubil grofico v roko, povprašal o njenem zdravju in se, izrazivši svoje sočutje z zmajevanjem glave, ustavil poleg nje.
– Da, mati, resnično ti bom povedal, težki in žalostni časi za vsakega Rusa. Ampak zakaj toliko skrbeti? Še vedno imate čas, da odidete ...
"Ne razumem, kaj ljudje počnejo," je rekla grofica in se obrnila k možu, "pravkar so mi rekli, da še ni nič pripravljeno." Konec koncev mora nekdo ukazovati. Mitenka ti bo žal. Se to ne bo nikoli končalo?
Grof je hotel nekaj reči, a se je očitno vzdržal. Vstal je s stola in odšel proti vratom.
Berg je v tem času, kot da bi pihal nos, vzel robec in ob pogledu na snop pomislil, žalostno in pomembno zmajal z glavo.
"Imam te veliko prošnjo, oče," je rekel.
»Hm?..« je rekel grof in se ustavil.
"Zdaj se vozim mimo Jusupove hiše," je rekel Berg v smehu. "Upravitelj, vem, je stekel ven in vprašal, ali bi kaj kupil." Vstopil sem, veš, iz radovednosti, tam pa sta bila samo garderoba in stranišče. Veste, kako je Veruschka to hotela in kako sva se prepirala zaradi tega. (Berg je nehote prešel na ton veselja nad svojim počutjem, ko je začel govoriti o omari in stranišču.) In takšno veselje! se oglasi z angleško skrivnostjo, veš? Toda Veročka si je to želela že dolgo. Zato jo želim presenetiti. Toliko teh fantov sem videl na tvojem dvorišču. Daj mi enega, prosim, dobro mu bom plačal in ...
Grof se je namrščil in zasopil.
- Vprašajte grofico, a jaz ne ukazujem.
"Če je težko, prosim, ne," je rekel Berg. "Res bi ga rad za Verushko."
»Oh, pojdite k vragu vsi, k vragu, k vragu, k vragu!« je kričal stari grof. - V glavi se mi vrti. - In zapustil je sobo.
Grofica je začela jokati.
- Da, da, mamica, zelo težki časi! - je rekel Berg.
Nataša je šla ven z očetom in, kot da bi nekaj težko razumela, najprej sledila njemu, nato pa stekla navzdol.
Petja je stala na verandi in oborožila ljudi, ki so potovali iz Moskve. Na dvorišču so še vedno stali zastavljeni vozički. Dva sta bila odvezana, na enega pa je splezal policist ob podpori redarja.
- Ali veš zakaj? - je Petja vprašala Natašo (Nataša je razumela, da Petja razume, zakaj sta se oče in mati prepirala). Ni odgovorila.
"Ker je očka hotel dati vse vozičke ranjencem," je rekel Petja. - Vasilič mi je povedal. Po mojem mnenju…
"Po mojem mnenju," je nenadoma skoraj zakričala Nataša in svoj zagrenjeni obraz obrnila k Petji, "po mojem mnenju je to tako gnusno, tako gnusoba, tako ... Ne vem!" Ali smo nekakšni Nemci? .. - Njeno grlo se je treslo od krčevitih jokov in ona, v strahu, da bi oslabela in zaman sprostila naboj svoje jeze, se je obrnila in hitro pohitela po stopnicah. Berg je sedel poleg grofice in jo tolažil s sorodnim spoštovanjem. Grof je s pipo v roki hodil po sobi, ko je Nataša z obrazom, iznakaženim od jeze, kot nevihta vdrla v sobo in hitro stopila k materi.
- To je nagnusno! To je gnusoba! - je kričala. - Ni mogoče, da ste naročili.
Berg in grofica sta jo začudeno in prestrašeno pogledala. Grof se je ustavil pri oknu in poslušal.
- Mama, to je nemogoče; poglej kaj je na dvorišču! - je kričala. - Ostajajo!..
- Kaj se ti je zgodilo? Kdo so oni? Kaj hočeš?

Tekočina

vodik(lat. vodik; označen s simbolom H) je prvi element periodnega sistema elementov. Široko razširjen v naravi. Kation (in jedro) najpogostejšega izotopa vodika, 1 H, je proton. Lastnosti jedra 1H omogočajo široko uporabo NMR spektroskopije pri analizi organskih snovi.

Ima tri izotope vodika lastna imena: 1 H je protij (H), 2 H je devterij (D) in 3 H je tritij (radioaktiven) (T).

Preprosta snov vodik - H 2 - je lahek brezbarven plin. V mešanici z zrakom ali kisikom je vnetljiv in eksploziven. Nestrupen. Topen v etanolu in številnih kovinah: železo, nikelj, paladij, platina.

Zgodba

Sprostitev vnetljivega plina med interakcijo kislin in kovin so opazili v 16. in 17. stoletju na zori oblikovanja kemije kot znanosti. Tudi Mihail Vasiljevič Lomonosov je neposredno opozoril na njegovo izolacijo, vendar se je že takrat zagotovo zavedal, da ne gre za flogiston. Angleški fizik in kemik Henry Cavendish je leta 1766 preučil ta plin in ga poimenoval "vnetljiv zrak". Pri gorenju je "gorljivi zrak" proizvedel vodo, vendar je Cavendish sklenil teorijo flogistona, da bi pravilne zaključke. Francoski kemik Antoine Lavoisier je skupaj z inženirjem J. Meunierjem leta 1783 s posebnimi plinometri izvedel sintezo vode in nato njeno analizo, pri čemer je vodno paro razgradil z vročim železom. Tako je ugotovil, da je "gorljiv zrak" del vode in ga je mogoče pridobiti iz nje.

izvor imena

Lavoisier je vodiku dal ime hydrogène - "rodil vodo". Rusko ime "vodik" je leta 1824 predlagal kemik M. F. Soloviev - po analogiji s "kisikom" Slomonosova.

Razširjenost

Vodik je najpogostejši element v vesolju. Predstavlja približno 92 % vseh atomov (8 % je atomov helija, delež vseh ostalih elementov skupaj je manj kot 0,1 %). Tako je vodik glavna sestavina zvezd in medzvezdnega plina. V pogojih zvezdnih temperatur (na primer površinska temperatura Sonca je ~ 6000 °C) vodik obstaja v obliki plazme, v medzvezdnem prostoru pa ta element obstaja v obliki posameznih molekul, atomov in ionov ter lahko tvori molekularni oblaki, ki se zelo razlikujejo po velikosti, gostoti in temperaturi.

Zemljina skorja in živi organizmi

Masni delež vodika v zemeljski skorji je 1 % – je deseti najpogostejši element. Vendar pa njegova vloga v naravi ni določena z maso, temveč s številom atomov, katerih delež med drugimi elementi je 17% (drugo mesto za kisikom, katerega delež atomov je ~ 52%). Zato je vrednost vodika v kemični procesi ki se pojavlja na Zemlji, je skoraj tako velik kot kisik. Za razliko od kisika, ki obstaja na Zemlji v vezanem in prostem stanju, je skoraj ves vodik na Zemlji v obliki spojin; V ozračju je le zelo majhna količina vodika v obliki enostavne snovi (0,00005 vol. %).

Vodik je del skoraj vseh organskih snovi in je prisoten v vseh živih celicah. V živih celicah vodik predstavlja skoraj 50 % števila atomov.

potrdilo o prejemu

Industrijske metode za proizvodnjo enostavnih snovi so odvisne od oblike, v kateri se ustrezni element nahaja v naravi, to je, kaj je lahko surovina za njegovo proizvodnjo. Tako kisik, ki je na voljo v prostem stanju, pridobimo fizikalno – z ločitvijo od tekočega zraka. Skoraj ves vodik je v obliki spojin, zato se za njegovo pridobivanje uporabljajo kemične metode. Zlasti se lahko uporabijo reakcije razgradnje. Eden od načinov pridobivanja vodika je razgradnja vode z električnim tokom.

Osnovno industrijska metoda nastajanje vodika - reakcija metana, ki je del zemeljskega plina, z vodo. Izvaja se pri visoki temperaturi (lahko je preveriti, da pri prehodu metana tudi skozi vrelo vodo ne pride do reakcije):

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 −165 kJ

V laboratoriju za pridobivanje enostavnih snovi ne uporabljajo nujno naravnih surovin, ampak izberejo tiste vhodne snovi, iz katerih je lažje izolirati zahtevano snov. Na primer, v laboratoriju kisika ne pridobivamo iz zraka. Enako velja za proizvodnjo vodika. Ena od laboratorijskih metod pridobivanja vodika, ki se včasih uporablja v industriji, je razgradnja vode z električnim tokom.

Običajno se vodik proizvaja v laboratoriju z reakcijo cinka s klorovodikovo kislino.

V industriji

1. Elektroliza vodnih raztopin soli:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2. Prehajanje vodne pare preko vročega koksa pri temperaturi približno 1000 °C:

H2O+C? H2+CO

3. Iz zemeljskega plina.

Pretvorba Steam:

CH 4 + H 2 O? CO + 3H 2 (1000 °C)

Katalitska oksidacija s kisikom:

2CH 4 + O 2? 2CO + 4H2

4. Krekiranje in reformiranje ogljikovodikov med rafiniranjem nafte.

V laboratoriju

1.Vpliv razredčenih kislin na kovine. Za izvedbo te reakcije se najpogosteje uporabljata cink in razredčena klorovodikova kislina:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Medsebojno delovanje kalcija z vodo:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Hidroliza hidridov:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Vpliv alkalij na cink ali aluminij:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Uporaba elektrolize. Pri elektrolizi vodnih raztopin alkalij ali kislin se na katodi sprošča vodik, na primer:

2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O

Fizične lastnosti

Vodik lahko obstaja v dveh oblikah (modifikacijah) - v obliki orto- in para-vodika. V molekuli ortovodika o-H 2 (tt −259,10 °C, vrelišče −252,56 °C) so jedrski spini usmerjeni enako (vzporedno) in za paravodik str-H 2 (tališče −259,32 °C, vrelišče −252,89 °C) - drug proti drugemu (antiparalelen). Ravnotežna mešanica o-H 2 in str-H 2 pri dani temperaturi imenujemo ravnotežni vodik e-H2.

Vodikove modifikacije je mogoče ločiti z adsorpcijo na aktivnem oglju pri temperaturi tekočega dušika. Pri zelo nizke temperature ravnotežje med ortovodikom in paravodikom je skoraj povsem pomaknjeno proti slednjemu. Pri 80 K je razmerje oblik približno 1:1. Pri segrevanju se desorbirani paravodik pretvori v ortovodik, dokler ne nastane zmes, ki je ravnotežna pri sobni temperaturi (orto-para: 75:25). Brez katalizatorja se transformacija odvija počasi (v pogojih medzvezdnega medija - z značilnimi časi do kozmoloških), kar omogoča preučevanje lastnosti posameznih modifikacij.

Vodik je najlažji plin, je 14,5-krat lažji od zraka. Očitno je, da manjša kot je masa molekul, večja je njihova hitrost pri isti temperaturi. Kot najlažje molekule se molekule vodika gibljejo hitreje kot molekule katerega koli drugega plina in tako lahko hitreje prenašajo toploto z enega telesa na drugo. Iz tega sledi, da ima vodik največjo toplotno prevodnost med plinastimi snovmi. Njegova toplotna prevodnost je približno sedemkrat večja od toplotne prevodnosti zraka.

Molekula vodika je dvoatomna - H2. V normalnih pogojih je plin brez barve, vonja in okusa. Gostota 0,08987 g/l (n.s.), vrelišče −252,76 °C, specifična zgorevalna toplota 120,9×10 6 J/kg, slabo topen v vodi - 18,8 ml/l. Vodik je zelo topen v številnih kovinah (Ni, Pt, Pd itd.), zlasti v paladiju (850 volumnov na 1 volumen Pd). Topnost vodika v kovinah je povezana z njegovo sposobnostjo difundiranja skozi njih; Difuzijo skozi ogljikovo zlitino (na primer jeklo) včasih spremlja uničenje zlitine zaradi interakcije vodika z ogljikom (tako imenovana dekarbonizacija). Praktično netopen v srebru.

Tekoči vodik obstaja v zelo ozkem temperaturnem območju od −252,76 do −259,2 °C. Je brezbarvna tekočina, zelo lahka (gostota pri –253 °C 0,0708 g/cm3) in tekoča (viskoznost pri –253 °C 13,8 spuaz). Kritični parametri vodika so zelo nizki: temperatura −240,2 °C in tlak 12,8 atm. To pojasnjuje težave pri utekočinjanju vodika. V tekočem stanju je ravnotežni vodik sestavljen iz 99,79 % para-H2, 0,21 % orto-H2.

Trden vodik, tališče −259,2 °C, gostota 0,0807 g/cm 3 (pri −262 °C) - snežna masa, heksagonalni kristali, prostorska skupina P6/mmc, parametri celice a=3,75 c=6,12. Pri visokem tlaku vodik preide v kovinsko stanje.

Izotopi

Vodik se pojavlja v obliki treh izotopov, ki imajo posamezna imena: 1 H - protij (H), 2 H - devterij (D), 3 H - tritij (radioaktiven) (T).

Protij in devterij sta stabilna izotopa z masnim številom 1 in 2. Njuna vsebnost v naravi je 99,9885 ± 0,0070 % oziroma 0,0115 ± 0,0070 %. To razmerje se lahko nekoliko razlikuje glede na vir in metodo pridobivanja vodika.

Vodikov izotop 3H (tritij) je nestabilen. Njegova razpolovna doba je 12,32 leta. Tritij se naravno pojavlja v zelo majhnih količinah.

V literaturi so tudi podatki o vodikovih izotopih z masnimi števili 4 - 7 in razpolovnimi dobami 10 -22 - 10 -23 s.

Naravni vodik je sestavljen iz molekul H 2 in HD (devterijev vodik) v razmerju 3200:1. Vsebnost čistega devterijevega vodika D 2 je še manjša. Razmerje med koncentracijama HD in D 2 je približno 6400:1.

Od vseh izotopov kemičnih elementov, fizikalnih in Kemijske lastnosti Izotopi vodika se med seboj najbolj razlikujejo. To je posledica največje relativne spremembe atomskih mas.

Temperatura taljenje, K	Temperatura Vreti, K	Trojni pika, K/kPa	Kritično pika, K/kPa	Gostota tekočina/plin, kg/m³

Devterij in tritij imata tudi orto- in para-modifikacije: str-D 2, o-D 2, str-T 2, o-T 2. Heteroizotop vodika (HD, HT, DT) nima orto- in paramodifikacij.

Kemijske lastnosti

Delež disociiranih vodikovih molekul

Molekule vodika H2 so precej močne in za reakcijo vodika je treba porabiti veliko energije:

H 2 = 2H − 432 kJ

Zato pri običajnih temperaturah vodik reagira samo z zelo aktivnimi kovinami, kot je kalcij, in tvori kalcijev hidrid:

Ca + H 2 = CaH 2

in z edino nekovino - fluorom, ki tvori vodikov fluorid:

Vodik reagira z večino kovin in nekovin pri povišanih temperaturah ali pod drugimi vplivi, na primer svetlobe:

O 2 + 2H 2 = 2H 2 O

Nekaterim oksidom lahko "odvzame" kisik, na primer:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O

Zapisana enačba odraža redukcijske lastnosti vodika.

N 2 + 3H 2 → 2NH 3

Tvori vodikove halogenide s halogeni:

F 2 + H 2 → 2HF, reakcija poteka eksplozivno v temi in pri kateri koli temperaturi,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, reakcija poteka eksplozivno, samo na svetlobi.

Medsebojno deluje s sajami pri visoki vročini:

C + 2H 2 → CH 4

Interakcija z alkalijskimi in zemeljskoalkalijskimi kovinami

Pri interakciji z aktivnimi kovinami vodik tvori hidride:

2Na + H 2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

Mg + H 2 → MgH 2

hidridi- soli podobne trdne snovi, ki se zlahka hidrolizirajo:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Interakcija s kovinskimi oksidi (običajno d-elementi)

Oksidi se reducirajo v kovine:

CuO + H 2 → Cu + H 2 O

Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2Fe + 3H 2 O

WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Hidrogeniranje organskih spojin

Molekularni vodik se pogosto uporablja v organski sintezi za redukcijo organskih spojin. Ti procesi se imenujejo reakcije hidrogeniranja. Te reakcije potekajo v prisotnosti katalizatorja pri visok krvni pritisk in temperaturo. Katalizator je lahko homogen (npr. Wilkinsonov katalizator) ali heterogen (npr. Raneyev nikelj, paladij na ogljiku).

Tako zlasti pri katalitičnem hidrogeniranju nenasičenih spojin, kot so alkeni in alkini, nastanejo nasičene spojine - alkani.

Geokemija vodika

Prosti vodik H2 je v zemeljskih plinih razmeroma redek, vendar ima v obliki vode izjemno pomembno vlogo v geokemičnih procesih.

Vodik je lahko prisoten v mineralih v obliki amonijevega iona, hidroksilnega iona in kristalne vode.

V atmosferi vodik nenehno nastaja kot posledica razgradnje vode s sončnim sevanjem. Molekule vodika imajo majhno maso visoka hitrost difuzijsko gibanje (je blizu druge kozmične hitrosti) in lahko, ko pade v zgornje plasti ozračja, poleti v vesolje.

Značilnosti zdravljenja

Vodik, ko se pomeša z zrakom, tvori eksplozivno zmes - tako imenovani detonacijski plin. Ta plin je najbolj eksploziven, če je prostorninsko razmerje vodika in kisika 2:1 oziroma vodika in zraka približno 2:5, saj zrak vsebuje približno 21 % kisika. Vodik je tudi požarna nevarnost. Tekoči vodik lahko povzroči hude ozebline, če pride v stik s kožo.

Eksplozivne koncentracije vodika in kisika se pojavljajo od 4 % do 96 % prostornine. Pri mešanju z zrakom od 4% do 75(74)% prostornine.

Gospodarstvo

Cena vodika za velike veleprodajne dobave se giblje od 2 do 5 USD na kg.

Aplikacija

Za varjenje z atomskim vodikom se uporablja atomski vodik.

Kemična industrija

Pri proizvodnji amoniaka, metanola, mila in plastike
Pri proizvodnji margarine iz tekočih rastlinskih olj
Registriran kot aditivi za živila E949(pakirni plin)

Prehrambena industrija

Letalska industrija

Vodik je zelo lahek in se vedno dvigne v zrak. Nekoč so zračne ladje in balone polnili z vodikom. Toda v 30. XX stoletje Bilo je več nesreč, med katerimi so zračne ladje eksplodirale in gorele. Dandanes zračne ladje polnijo s helijem, kljub bistveno višjim stroškom.

Gorivo

Vodik se uporablja kot raketno gorivo.

Potekajo raziskave o uporabi vodika kot goriva za avtomobile in tovornjake. Motorji na vodik ne onesnažujejo okolja in izpuščajo le vodno paro.

Gorivne celice vodik-kisik uporabljajo vodik za neposredno pretvorbo energije kemijska reakcija na elektriko.

"Tekoči vodik"(»LH«) je tekoče stanje vodika z nizko specifično gostoto 0,07 g/cm³ in kriogenimi lastnostmi z zmrziščem 14,01 K (–259,14 °C) in vreliščem 20,28 K (–252,87 °C). ). Je brezbarvna tekočina brez vonja, ki je v mešanici z zrakom razvrščena kot eksplozivna z območjem vnetljivosti 4-75%. Spinsko razmerje izomerov v tekočem vodiku je: 99,79% - paravodik; 0,21% - ortovodik. Koeficient raztezanja vodika pri spremembi njegovega agregatnega stanja v plinasto je 848:1 pri 20°C.

Kot pri vsakem drugem plinu vodi utekočinjenje vodika do zmanjšanja njegove prostornine. Po utekočinjenju se tekoča tekočina hrani v toplotno izoliranih posodah pod pritiskom. Tekoči vodik Tekoči vodik, LH2, LH 2) se aktivno uporablja v industriji kot oblika skladiščenja plina in v vesoljski industriji kot raketno gorivo.

Zgodba

Prvo dokumentirano uporabo umetnega hlajenja je izvedel angleški znanstvenik William Cullen leta 1756, Gaspard Monge je prvi dobil tekoče stanje žveplovega oksida leta 1784, Michael Faraday je prvi pridobil utekočinjen amoniak, ameriški izumitelj Oliver Evans je bil prvi, ki je leta 1805 razvil hladilni kompresor, Jacob Perkins je bil prvi, ki je leta 1834 patentiral hladilni stroj, John Gorey pa je bil prvi, ki je leta 1851 patentiral klimatsko napravo v ZDA. Werner Siemens je leta 1857 predlagal koncept regenerativnega hlajenja, Karl Linde je leta 1876 patentiral opremo za proizvodnjo tekočega zraka z uporabo kaskadnega "Joule-Thomsonovega ekspanzijskega učinka" in regenerativnega hlajenja. Leta 1885 je poljski fizik in kemik Zygmunt Wroblewski objavil kritično temperaturo vodika 33 K, kritični tlak 13,3 atm. in vrelišče pri 23 K. Prvič je vodik utekočinil James Dewar leta 1898 z uporabo regenerativnega hlajenja in njegovega izuma, Dewarjeve bučke. Prvo sintezo stabilnega izomera tekočega vodika, paravodika, sta leta 1929 izvedla Paul Harteck in Carl Bonhoeffer.

Spinski izomeri vodika

Vodik pri sobni temperaturi sestoji predvsem iz spinskega izomera, ortovodika. Po proizvodnji je tekoči vodik v metastabilnem stanju in ga je treba pretvoriti v obliko paravodika, da bi se izognili eksplozivni eksotermni reakciji, ki nastane, ko se spremeni pri nizkih temperaturah. Pretvorbo v paravodikovo fazo običajno dosežemo z uporabo katalizatorjev, kot so železov oksid, kromov oksid, aktivno oglje, s platino prevlečen azbest, redke zemeljske kovine ali z uporabo dodatkov urana ali niklja.

Uporaba

Tekoči vodik se lahko uporablja kot oblika shranjevanja goriva za motorje z notranjim zgorevanjem in gorivne celice. Različne podmornice (projekti "212A" in "214", Nemčija) in koncepti transporta vodika so bili ustvarjeni z uporabo te agregatne oblike vodika (glej na primer "DeepC" ali "BMW H2R"). Zaradi bližine zasnov lahko ustvarjalci LHV opreme uporabljajo ali samo spreminjajo sisteme na utekočinjeni zemeljski plin (LNG). Zaradi manjše volumetrične energijske gostote pa zgorevanje zahteva večjo prostornino vodika kot zemeljski plin. Če se v batnih motorjih namesto "CNG" uporablja tekoči vodik, je običajno potreben bolj zajeten sistem za gorivo. Pri neposrednem vbrizgavanju povečane izgube v sesalnem traktu zmanjšajo polnjenje valjev.

Prednosti

Prednost uporabe vodika so "ničelne emisije" njegove uporabe. Produkt njegove interakcije z zrakom je voda.

Ovire

En liter "ZhV" tehta le 0,07 kg. Oziroma njegovo specifična težnost je 70,99 g/l pri 20 K. Tekoči vodik zahteva tehnologijo kriogenega shranjevanja, kot so posebne toplotno izolirane posode in zahteva posebno rokovanje, kar je značilno za vse kriogene materiale. V tem pogledu je blizu tekočemu kisiku, vendar zahteva večjo previdnost zaradi požarne nevarnosti. Tudi z izoliranimi posodami ga je težko obdržati pri nizkih temperaturah, potrebnih za ohranjanje tekočega (običajno izhlapi s hitrostjo 1 % na dan). Pri ravnanju z njim morate upoštevati tudi običajne varnostne ukrepe pri delu z vodikom – dovolj je hladen, da utekočini zrak, kar je eksplozivno.

Raketno gorivo

Tekoči vodik je običajna sestavina raketnih goriv, ki se uporablja za pogon nosilnih raket in vesoljskih plovil. V večini raketnih motorjev na tekoči vodik se najprej uporabi za regenerativno hlajenje šobe in drugih delov motorja, preden se zmeša z oksidantom in sežge za ustvarjanje potiska. Sodobni motorji, ki uporabljajo komponente H 2 /O 2, porabljajo mešanico goriva, ki je preveč obogatena z vodikom, kar vodi do določene količine nezgorelega vodika v izpuhu. Poleg povečanja specifičnega impulza motorja z zmanjšanjem molekulske mase se s tem zmanjša tudi erozija šobe in zgorevalne komore.

Takšne ovire za uporabo LH na drugih področjih, kot sta kriogena narava in nizka gostota, so tudi omejevalni dejavnik za uporabo v tem primeru. Od leta 2009 obstaja le ena nosilna raketa (nosilna raketa Delta-4), ki je v celoti raketa na vodik. V bistvu se "ZhV" uporablja bodisi na zgornjih stopnjah raket bodisi na blokih, ki opravljajo pomemben del dela izstrelitve tovora v vesolje v vakuumu. Kot eden od ukrepov za povečanje gostote te vrste goriva so predlogi za uporabo vodika, podobnega blatu, to je napol zamrznjene oblike "tekočega vodika".

Loygisova skupina LV b5

Yu. K. Pilipenko in A. G. Zeldovich

METODA ZA UTEKOČINJANJE VODIKA

Razglašeno 1. aprila 1951 za _#_o 724-189/23 Odboru za izume in odkritja pri Svetu ministrov ZSSR

Znano je, da je pri utekočinjenju plinov ekspanzija učinkovitejša od dušenja.V znanih shemah z ekspanderji se zaradi dušenja pojavi mraz na najnižji temperaturni ravni, vključno z utekočinjenjem. To je razloženo z dejstvom, da na tem področju ekspander ni zelo učinkovit, poleg tega pa predstavlja izvedba stroja za utekočinjenje, v katerem se tekočina sprosti, znatne tehnične težave. V shemah z ekspanderji si prizadevajo povečati delež plina, ki se dovaja ekspanderju, vendar to preprečuje zmanjšanje temperaturne razlike v toplotnem izmenjevalniku.

Predlagana metoda utekočinjanja vodika z globokim hlajenjem in stiskanjem pri visokem tlaku v primerjavi z znanimi podobnimi metodami omogoča zmanjšanje porabe energije in povečanje odstotka utekočinjenja plina. To dosežemo tako, da najprej ohladimo vodik, ga izpostavimo ekspanziji v ekspanderju in nato dušimo; Vodik se lahko pred dušenjem ohladi z neutekočinjenim delom vodika.

Na sl. 1 in 2 prikazujeta diagrama utekočinjenja vodika, ki pojasnjujeta izvedbo predlagane metode.

Visokotlačni vodik gre skozi toplotni izmenjevalnik 1 hladne cone, vstopi v ekspander 2, kjer ekspandira do vmesnega tlaka, nato se duši v zbiralniku 8, od koder se neutekočinjeni del vodika prenaša skozi toplotni izmenjevalnik 1 (položaj 4 je dušilna loputa, položaj 5 je sprejemnik). Po tej shemi se ekspander zlahka vključi v obstoječe stroje za utekočinjenje z dušilko, kar poveča njihovo hladilno zmogljivost za približno 40 /r.

Po drugi shemi (slika 2) je med ekspanderjem in dušilnim ventilom nameščen dodaten toplotni izmenjevalnik b, ki zagotavlja dodatno zmanjšanje porabe energije. št. 14525I

Predmet izuma

Sestavil A. V. Nechaykik

Urednik N, I. Mosin

Techred T. L. Kurilko Lektor Yu M. Fedulov

Kar daj. do štedilnika 20.13: -62 g, format oum. 70X!08 /, zvezek 0,18 izd. l. ak, 3819 Naklada 660 Cena 4 koi.

Odbor CBTI za izume in odkritja pri Svetu ministrov ZSSR

Moskva, Center M. Cherkassky lane, 2/6.

Tiskarna CBTI, Moskva, Petrovka, 14.

I. Metoda za vrenje vodika z globokim hlajenjem in stiskanjem pri visokem tlaku, označena s tem, da se za zmanjšanje porabe energije in povečanje odstotka vrenja plina vodik najprej ohladi, izpostavi ekspanziji v ekspanderju in nato duši.

2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da se vodik prenaša. z dušenjem se hladijo z neutekočinjenim delom vodika.