A fémes hidrogén megváltoztatja a technológia arculatát – amíg el nem párolog

A XNUMX. század kovácsműhelyeiben sem acélt, sem titánt vagy ritkaföldfém-ötvözeteket nem kovácsolnak. A mai, fémes fényű gyémánt üllőkben az a gáz, amit ma is a legmegfoghatatlanabb gázként ismerünk...

A periódusos rendszerben a hidrogén az első csoport tetején található, amelybe csak az alkálifémek tartoznak, azaz a lítium, a nátrium, a kálium, a rubídium, a cézium és a francium. Nem meglepő, hogy a tudósok régóta azon töprengenek, vajon ennek is van-e fémes formája. 1935-ben Eugene Wigner és Hillard Bell Huntington voltak az elsők, akik olyan feltételeket javasoltak a hidrogén fémessé válhat. 1996-ban William Nellis, Arthur Mitchell és Samuel Weir amerikai fizikusok a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumban arról számoltak be, hogy véletlenül fémes halmazállapotú hidrogént állítottak elő gázpisztollyal. 2016 októberében Ranga Diaz és Isaac Silvera bejelentették, hogy sikerült fémes hidrogént előállítaniuk 495 GPa (körülbelül 5 × 10) nyomáson.⁶ atm) és 5,5 K hőmérsékleten gyémántkamrában. A kísérletet azonban a szerzők nem ismételték meg, és azt sem erősítették meg egymástól függetlenül. ennek következtében a tudományos közösség egy része megkérdőjelezi a megfogalmazott következtetéseket.

Vannak arra vonatkozó javaslatok, hogy a fémes hidrogén folyékony formában lehet nagy gravitációs nyomás alatt. óriás gázbolygók belsejébenmint a Jupiter és a Szaturnusz.

Ez év január végén egy csoport prof. Isaac Silveri, a Harvard Egyetem munkatársa arról számolt be, hogy fémes hidrogént állítottak elő a laboratóriumban. A mintát 495 GPa nyomásnak tették ki gyémánt "üllőkben", amelyek molekulái a H gázt alkotják.₂ szétesett, és hidrogénatomokból fémszerkezet alakult ki. A kísérlet szerzői szerint az így létrejövő szerkezet metastabilami azt jelenti, hogy az extrém nyomás megszűnése után is fémes marad.

Emellett a tudósok szerint fémes hidrogén lenne magas hőmérsékletű szupravezető. Neil Ashcroft, a Cornell Egyetem fizikusa 1968-ban megjósolta, hogy a hidrogén fémes fázisa szupravezető lehet, vagyis hőveszteség nélkül, jóval 0°C feletti hőmérsékleten vezetheti az elektromosságot. Önmagában ezzel a villamos energia harmadát takarítanánk meg, amely ma az átvitelben és az összes elektronikus eszköz felmelegedése következtében elveszik.

Normál nyomáson gáz-, folyékony és szilárd halmazállapotban (a hidrogén 20 K-on kondenzál, és 14 K-en megszilárdul) ez az elem nem vezet elektromosságot, mert a hidrogénatomok molekulapárokká egyesülnek és elektronjaikat kicserélik. Ezért nincs elegendő szabad elektron, amelyek a fémekben vezetési sávot alkotnak és áramhordozók. Csak a hidrogén erős összenyomása az atomok közötti kötések megsemmisítése érdekében elméletileg elektronokat szabadít fel, és a hidrogént elektromosságvezetővé, sőt szupravezetővé teszi.

A gyémántok közé fémes formára préselt hidrogén

A hidrogén új formája is szolgálhat rakéta üzemanyag kivételes teljesítménnyel. „Hatalmas mennyiségű energiára van szükség a fémes hidrogén előállításához” – magyarázza a professzor. Ezüst. "Amikor a hidrogénnek ezt a formáját molekuláris gázzá alakítják, sok energia szabadul fel, így ez az emberiség által ismert legerősebb rakétamotor."

Az ezzel az üzemanyaggal működő motor fajlagos impulzusa 1700 másodperc lesz. Jelenleg általánosan hidrogént és oxigént használnak, az ilyen motorok fajlagos impulzusa 450 másodperc. A tudós szerint az új üzemanyag segítségével űrszondánk nagyobb hasznos teherbírású egyfokozatú rakétával pályára állhat, és más bolygókat is elérhet.

A szobahőmérsékleten működő fémes hidrogén szupravezető viszont lehetővé tenné a mágneses levitációt alkalmazó nagy sebességű szállítórendszerek kiépítését, növelné az elektromos járművek hatékonyságát és számos elektronikai eszköz hatékonyságát. Az energiatárolás piacán is forradalom lesz. Mivel a szupravezetők ellenállása nulla, az energiát elektromos áramkörökben lehetne tárolni, ahol az addig kering, amíg szükség van rá.

Legyen óvatos ezzel a lelkesedéssel

Ezek a fényes kilátások azonban nem teljesen egyértelműek, mivel a tudósoknak még meg kell győződniük arról, hogy a fémes hidrogén stabil-e normál nyomás- és hőmérsékleti körülmények között. A tudományos közösség képviselői, akiket a média megkeresett véleményükkel, szkeptikusak, vagy jó esetben tartózkodóak. A leggyakoribb posztulátum a kísérlet megismétlése, mert az egyik feltételezett siker... csak egy feltételezett siker.

Jelenleg csak a már említett két gyémánt üllő mögött látható egy kis fémdarab, amelyekkel jóval fagypont alatti hőmérsékleten folyékony hidrogént préseltek. Prof. Silvera és kollégái tényleg működni fognak? Nézzük meg a közeljövőben, hogyan szándékoznak a kísérletezők fokozatosan csökkenteni a minta nyomását és növelni a hőmérsékletet, hogy megtudjuk. És ezzel azt remélik, hogy a hidrogén egyszerűen… nem párolog el.