Hidrogen cecair ialah salah satu daripada keadaan pengagregatan hidrogen. Terdapat juga keadaan gas dan pepejal unsur ini. Dan jika bentuk gas diketahui ramai, maka dua keadaan ekstrem yang lain menimbulkan persoalan.
Sejarah
Hidrogen cecair diperolehi hanya pada tahun tiga puluhan abad yang lalu, tetapi sebelum itu, kimia telah mencapai kemajuan yang jauh dalam menguasai kaedah penyimpanan dan penggunaan gas ini.
Penyejukan buatan mula digunakan secara eksperimen pada pertengahan abad kelapan belas di England. Pada tahun 1984, sulfur dioksida dan ammonia cecair telah diperolehi. Berdasarkan kajian ini, dua puluh tahun kemudian peti sejuk pertama telah dibangunkan, dan tiga puluh tahun kemudian Perkins memfailkan paten rasmi untuk ciptaannya. Pada tahun 1851, di seberang Lautan Atlantik, John Gorey menuntut hak untuk mencipta penghawa dingin.
Ia datang kepada hidrogen hanya pada tahun 1885, apabila Kutub Wroblewski mengumumkan dalam artikelnya fakta bahawa takat didih unsur ini ialah 23 Kelvin, suhu puncak ialah 33 Kelvin, dan tekanan kritikal ialah 13 atmosfera. Selepas kenyataan ini, James Dewar cuba mencipta hidrogen cecairakhir abad ke-19, tetapi dia tidak mendapat bahan yang stabil.
Sifat fizikal
Keadaan pengagregatan ini dicirikan oleh ketumpatan jirim yang sangat rendah - seperseratus gram setiap sentimeter padu. Ini memungkinkan untuk menggunakan bekas yang agak kecil untuk menyimpan hidrogen cecair. Takat didih hanya 20 Kelvin (-252 Celsius), dan bahan ini sudah membeku pada 14 Kelvin.
Cecair itu tidak berbau, tidak berwarna dan tidak berasa. Mencampurkannya dengan oksigen boleh menyebabkan letupan separuh masa. Apabila mencapai takat didih, hidrogen bertukar menjadi keadaan gas, dan isipadunya meningkat sebanyak 850 kali ganda.
Selepas pencairan, hidrogen diletakkan dalam bekas bertebat yang mengekalkan tekanan dan suhu rendah antara 15 dan 19 Kelvin.
Kelimpahan hidrogen
Hidrogen cecair dihasilkan secara buatan dan tidak berlaku secara semula jadi. Jika kita tidak mengambil kira keadaan agregat, maka hidrogen adalah unsur yang paling biasa bukan sahaja di planet Bumi, tetapi juga di Alam Semesta. Bintang-bintang (termasuk Matahari kita) terdiri daripadanya, ruang di antara mereka dipenuhi dengannya. Hidrogen mengambil bahagian dalam tindak balas pelakuran dan juga boleh membentuk awan.
Dalam kerak bumi, unsur ini hanya menduduki kira-kira peratus daripada jumlah jirim. Peranannya dalam ekosistem kita boleh dihargai oleh fakta bahawa bilangan atom hidrogen adalah yang kedua selepas bilangan oksigen. Hampir segala-galanya di planet kitarizab H2 berada dalam keadaan terikat. Hidrogen adalah sebahagian daripada semua makhluk hidup.
Gunakan
Hidrogen cecair (suhu -252 darjah Celsius) digunakan dalam bentuk bentuk untuk menyimpan petrol dan terbitan lain penapisan minyak. Di samping itu, konsep pengangkutan sedang dicipta yang boleh menggunakan hidrogen cecair sebagai bahan api dan bukannya gas asli. Ini akan mengurangkan kos mengekstrak mineral berharga dan mengurangkan pelepasan ke atmosfera. Tetapi setakat ini, reka bentuk enjin yang optimum belum ditemui.
Hidrogen cecair digunakan secara aktif oleh ahli fizik sebagai penyejuk dalam eksperimen mereka dengan neutron. Oleh kerana jisim zarah asas dan nukleus hidrogen adalah hampir sama, pertukaran tenaga di antara mereka adalah sangat cekap.
Faedah dan halangan
Hidrogen cecair boleh melambatkan pemanasan atmosfera dan mengurangkan jumlah gas rumah hijau jika digunakan sebagai bahan api untuk kereta. Apabila ia berinteraksi dengan udara (selepas melalui enjin pembakaran dalaman), air dan sejumlah kecil nitrogen oksida akan terbentuk.
Namun, idea ini mempunyai kesukaran tersendiri, contohnya, cara penyimpanan dan pengangkutan gas, serta peningkatan risiko pencucuhan atau letupan. Walaupun dengan semua langkah berjaga-jaga, penyejatan hidrogen tidak dapat dihalang.
Bahan api roket
Hidrogen cecair (suhu simpanan sehingga 20 Kelvin) ialah salah satukomponen propelan. Ia mempunyai beberapa fungsi:
- Menyejukkan komponen enjin dan melindungi muncung daripada terlalu panas.
- Menyediakan tujahan selepas bercampur dengan oksigen dan pemanasan.
Enjin roket moden dijalankan pada gabungan hidrogen-oksigen. Ini membantu mencapai kelajuan yang betul untuk mengatasi graviti bumi dan pada masa yang sama mengekalkan semua bahagian pesawat daripada mendedahkannya kepada suhu yang berlebihan.
Pada masa ini, hanya terdapat satu roket yang menggunakan hidrogen sebagai bahan api. Dalam kebanyakan kes, hidrogen cecair diperlukan untuk memisahkan peringkat atas roket atau dalam peranti yang akan melakukan kebanyakan kerja dalam vakum. Terdapat cadangan daripada penyelidik untuk menggunakan bentuk separuh beku unsur ini untuk meningkatkan ketumpatannya.
