Nestemäinen vety on yksi vedyn aggregaatiotiloista. Tällä elementillä on myös kaasumainen ja kiinteä tila. Ja jos kaasumainen muoto on monille hyvin tiedossa, kaksi muuta ääritilaa herättävät kysymyksiä.
Historia
Nestemäistä vetyä saatiin vasta viime vuosisadan 30-luvulla, mutta sitä ennen kemia on edennyt pitkälle tämän kaasun varastointi- ja käyttömenetelmän hallitsemisessa.
Keinotekoista jäähdytystä alettiin käyttää kokeellisesti 1700-luvun puolivälissä Englannissa. Vuonna 1984 saatiin nesteytettyä rikkidioksidia ja ammoniakkia. Näiden tutkimusten perusteella 20 vuotta myöhemmin kehitettiin ensimmäinen jääkaappi, ja 30 vuotta myöhemmin Perkins haki virallisen patentin keksinnölle. Vuonna 1851 Atlantin v altameren toisella puolella John Gorey vaati oikeudet luoda ilmastointilaite.
Vetyyn tuli vasta vuonna 1885, kun napalainen Wroblewski ilmoitti artikkelissaan, että tämän alkuaineen kiehumispiste on 23 Kelviniä, huippulämpötila on 33 Kelviniä ja kriittinen paine on 13 ilmakehää. Tämän lausunnon jälkeen James Dewar yritti luoda nestemäistä vetyä1800-luvun lopulla, mutta hän ei saanut stabiilia ainetta.
Fysikaaliset ominaisuudet
Tälle aggregaatiotilalle on ominaista erittäin alhainen aineen tiheys – gramman sadasosia kuutiosenttimetriä kohden. Tämä mahdollistaa suhteellisen pienten säiliöiden käytön nestemäisen vedyn varastointiin. Kiehumispiste on vain 20 Kelvin (-252 Celsius) ja tämä aine jäätyy jo 14 Kelvinissä.
Neste on hajuton, väritön ja mauton. Sen sekoittaminen hapen kanssa voi johtaa räjähdykseen puolet ajasta. Kun vety saavuttaa kiehumispisteen, se muuttuu kaasumaiseksi ja sen tilavuus kasvaa 850-kertaiseksi.
Nesteyttämisen jälkeen vety laitetaan eristettyihin säiliöihin, jotka pidetään alhaisessa paineessa ja 15-19 Kelvinin lämpötiloissa.
Vedyn runsaus
Nestemäistä vetyä tuotetaan keinotekoisesti, eikä sitä esiinny luonnossa. Jos emme ota huomioon aggregaattitiloja, vety on yleisin alkuaine ei vain maapallolla, vaan myös maailmankaikkeudessa. Tähdet (mukaan lukien aurinkomme) koostuvat siitä, niiden välinen tila on täynnä sitä. Vety osallistuu fuusioreaktioihin ja voi myös muodostaa pilviä.
Maankuoressa tämä alkuaine vie vain noin prosentin aineen kokonaismäärästä. Sen roolia ekosysteemissämme voidaan arvostaa sillä, että vetyatomien lukumäärä on hapen jälkeen toiseksi suurin. Melkein kaikki planeetallammereservit H2 ovat sidottussa tilassa. Vety on olennainen osa kaikkia eläviä olentoja.
Käytä
Nestemäistä vetyä (lämpötila -252 celsiusastetta) käytetään bensiinin ja muiden öljynjalostuksen johdannaisten varastointiin. Lisäksi ollaan parhaillaan luomassa liikennekonsepteja, joissa maakaasun sijaan voitaisiin käyttää polttoaineena nesteytettyä vetyä. Tämä vähentäisi arvokkaiden mineraalien louhinnan kustannuksia ja vähentäisi päästöjä ilmakehään. Mutta toistaiseksi optimaalista moottorin rakennetta ei ole löydetty.
Fyysikot käyttävät aktiivisesti nestemäistä vetyä jäähdytysaineena neutroneilla tehdyissä kokeissaan. Koska alkuainehiukkasen ja vetyytimen massat ovat lähes yhtä suuret, energianvaihto niiden välillä on erittäin tehokasta.
Edut ja esteet
Nestemäinen vety voi hidastaa ilmakehän lämpenemistä ja vähentää kasvihuonekaasujen määrää, jos sitä käytetään autojen polttoaineena. Kun se on vuorovaikutuksessa ilman kanssa (kulkittuaan polttomoottorin läpi), muodostuu vettä ja pieni määrä typen oksideja.
Tässä ajatuksessa on kuitenkin omat vaikeutensa, esimerkiksi kaasun varastointi- ja kuljetustapa sekä lisääntynyt syttymis- tai jopa räjähdysvaara. Kaikista varotoimista huolimatta vedyn haihtumista ei voida estää.
Rakettipolttoaine
Nestemäinen vety (varastointilämpötila jopa 20 Kelviniä) on yksiponneainekomponentit. Siinä on useita toimintoja:
- Jäähdyttää moottorin osia ja suojaa suutinta ylikuumenemiselta.
- Työvoiman antaminen hapen kanssa sekoittamisen ja lämmityksen jälkeen.
Nykyaikaiset rakettimoottorit toimivat vety-happi-yhdistelmällä. Tämä auttaa saavuttamaan oikean nopeuden maan vetovoiman voittamiseksi ja samalla estämään kaikki lentokoneen osat altistamasta niitä liiallisille lämpötiloille.
Tällä hetkellä on vain yksi raketti, joka käyttää vetyä polttoaineena. Useimmissa tapauksissa nestemäistä vetyä tarvitaan rakettien ylempien vaiheiden erottamiseen tai laitteissa, jotka tekevät suurimman osan työstä tyhjiössä. Tutkijat ovat ehdottaneet tämän alkuaineen puolijäädytettyä käyttöä sen tiheyden lisäämiseksi.
