Kovinski vodik bo spremenil podobo tehnologije – dokler ne izhlapi

V kovačnicah XNUMX. stoletja ne kujejo ne jekla ne celo titana ali zlitin redkih zemeljskih elementov. V današnjih diamantnih nakovalih s kovinskim leskom je zasijalo tisto, kar še vedno poznamo kot najbolj izmuzljivega plina ...

Vodik v periodnem sistemu je na vrhu prve skupine, v kateri so samo alkalijske kovine, to so litij, natrij, kalij, rubidij, cezij in francij. Ni presenetljivo, da so se znanstveniki dolgo spraševali, ali ima tudi svojo kovinsko obliko. Leta 1935 sta Eugene Wigner in Hillard Bell Huntington prva predlagala pogoje, pod katerimi vodik lahko postane kovinski. Leta 1996 so ameriški fiziki William Nellis, Arthur Mitchell in Samuel Weir iz nacionalnega laboratorija Lawrence Livermore poročali, da je bil vodik pomotoma proizveden v kovinskem stanju s plinsko pištolo. Oktobra 2016 sta Ranga Diaz in Isaac Silvera objavila, da jima je uspelo pridobiti kovinski vodik pri tlaku 495 GPa (približno 5 × 10⁶ atm) in pri temperaturi 5,5 K v diamantni komori. Vendar poskusa avtorji niso ponovili in ni bil neodvisno potrjen. posledično del znanstvene skupnosti postavlja pod vprašaj oblikovane zaključke.

Obstajajo domneve, da je lahko kovinski vodik v tekoči obliki pod visokim gravitacijskim pritiskom. znotraj velikanskih plinastih planetovkot Jupiter in Saturn.

Konec januarja tega leta je skupina prof. Isaac Silveri z univerze Harvard je poročal, da je bil v laboratoriju proizveden kovinski vodik. Vzorec so izpostavili tlaku 495 GPa v diamantnih "nakovalih", katerih molekule tvorijo plin H₂ razpadla in kovinska struktura nastala iz atomov vodika. Po mnenju avtorjev poskusa nastala struktura metastabilenkar pomeni, da ostane kovinsko tudi po prenehanju ekstremnega pritiska.

Poleg tega bi po mnenju znanstvenikov kovinski vodik visokotemperaturni superprevodnik. Leta 1968 je Neil Ashcroft, fizik z Univerze Cornell, napovedal, da bi lahko bila kovinska faza vodika superprevodna, to je, da prevaja elektriko brez toplotne izgube in pri temperaturah precej nad 0 °C. Že samo s tem bi prihranili tretjino električne energije, ki se danes izgubi pri prenosu in zaradi segrevanja vseh elektronskih naprav.

Pri normalnem tlaku v plinastem, tekočem in trdnem stanju (vodik kondenzira pri 20K in se strdi pri 14K) ta element ne prevaja elektrike, ker se atomi vodika združijo v molekularne pare in izmenjajo svoje elektrone. Zato je premalo prostih elektronov, ki v kovinah tvorijo prevodni pas in so nosilci toka. Samo močno stiskanje vodika z namenom uničenja vezi med atomi teoretično sprosti elektrone in naredi vodik prevodnik električne energije in celo superprevodnik.

Vodik stisnjen v kovinsko obliko med diamanti

Lahko bi služila tudi nova oblika vodika raketno gorivo z izjemnimi zmogljivostmi. »Za proizvodnjo kovinskega vodika je potrebna ogromna količina energije,« pojasnjuje profesor. Srebrna. "Ko se ta oblika vodika pretvori v molekularni plin, se sprosti veliko energije, zaradi česar je najmočnejši raketni motor, kar jih pozna človeštvo."

Specifični impulz motorja, ki deluje na to gorivo, bo 1700 sekund. Trenutno se običajno uporabljata vodik in kisik, specifični impulz takih motorjev pa je 450 sekund. Po mnenju znanstvenika bo novo gorivo našemu vesoljskemu plovilu omogočilo, da doseže orbito z enostopenjsko raketo z večjim tovorom in mu omogoči, da doseže druge planete.

Po drugi strani bi kovinski vodikov superprevodnik, ki deluje pri sobni temperaturi, omogočil gradnjo hitrih transportnih sistemov z uporabo magnetne levitacije, povečal bi učinkovitost električnih vozil in učinkovitost številnih elektronskih naprav. Revolucija bo tudi na trgu shranjevanja energije. Ker imajo superprevodniki ničelni upor, bi bilo možno shraniti energijo v električnih tokokrogih, kjer kroži, dokler ni potrebna.

Previdno s tem navdušenjem

Vendar ti svetli obeti niso povsem jasni, saj morajo znanstveniki šele preveriti, ali je kovinski vodik stabilen v normalnih pogojih tlaka in temperature. Predstavniki znanstvene javnosti, na katere so se mediji obrnili za komentar, so skeptični ali v najboljšem primeru zadržani. Najpogostejši postulat je ponovitev eksperimenta, ker en domnevni uspeh je ... samo domnevni uspeh.

Trenutno je majhen kos kovine viden le za omenjenima dvema diamantnima nakovaloma, ki sta služila za stiskanje tekočega vodika pri temperaturah krepko pod lediščem. Ali je napoved prof. Bodo Silvera in njegovi sodelavci res delali? Poglejmo v bližnji prihodnosti, kako nameravajo eksperimentatorji postopoma zmanjšati tlak in povečati temperaturo vzorca, da bi ugotovili. In pri tem upajo, da vodik samo … ne izhlapi.