Το μεταλλικό υδρογόνο θα αλλάξει το πρόσωπο της τεχνολογίας - μέχρι να εξατμιστεί
Ούτε χάλυβας ούτε καν τιτάνιο ή κράματα σπάνιων γαιών σφυρηλατούνται στα σφυρήλατα του XNUMXου αιώνα. Στο σημερινό διαμαντένιο αμόνι με μεταλλική γυαλάδα έλαμψε αυτό που γνωρίζουμε ακόμα ως το πιο άπιαστο αέριο...
Το υδρογόνο στον περιοδικό πίνακα βρίσκεται στην κορυφή της πρώτης ομάδας, που περιλαμβάνει μόνο τα αλκαλικά μέταλλα, δηλαδή το λίθιο, το νάτριο, το κάλιο, το ρουβίδιο, το καίσιο και το φράγκιο. Δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι οι επιστήμονες αναρωτιόντουσαν εδώ και καιρό αν έχει επίσης τη δική του μεταλλική μορφή. Το 1935, ο Eugene Wigner και η Hillard Bell Huntington ήταν οι πρώτοι που πρότειναν συνθήκες υπό τις οποίες το υδρογόνο μπορεί να γίνει μεταλλικό. Το 1996, οι Αμερικανοί φυσικοί William Nellis, Arthur Mitchell και Samuel Weir του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Livermore ανέφεραν ότι το υδρογόνο παρήχθη κατά λάθος σε μεταλλική κατάσταση χρησιμοποιώντας ένα πιστόλι αερίου. Τον Οκτώβριο του 2016, οι Ranga Díaz και Isaac Silvera ανακοίνωσαν ότι κατάφεραν να παράγουν μεταλλικό υδρογόνο σε πίεση 495 GPa (περίπου 5×106 atm) και σε θερμοκρασία 5,5 Κ σε θάλαμο διαμαντιού. Ωστόσο, το πείραμα δεν επαναλήφθηκε από τους συγγραφείς και δεν επιβεβαιώθηκε ανεξάρτητα, Ως αποτέλεσμα, μέρος της επιστημονικής κοινότητας αμφισβητεί τα συμπεράσματα που διατυπώθηκαν.
Υπάρχουν προτάσεις ότι το μεταλλικό υδρογόνο μπορεί να υπάρχει σε υγρή μορφή υπό υψηλή βαρυτική πίεση. μέσα σε γιγάντιους πλανήτες αερίουγια παράδειγμα ο Δίας και ο Κρόνος.
Στα τέλη Ιανουαρίου του τρέχοντος έτους, ομάδα καθηγ. Ο Isaac Silveri του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ ανέφερε ότι στο εργαστήριο είχε παραχθεί μεταλλικό υδρογόνο. Υπέβαλαν το δείγμα σε πίεση 495 GPa σε διαμαντένιους άκμονες, τα μόρια των οποίων σχηματίζουν αέριο Η2 αποσαθρώθηκε και σχηματίστηκε μια μεταλλική δομή από άτομα υδρογόνου. Σύμφωνα με τους συντάκτες του πειράματος, η δομή που προκύπτει μετασταθερόπράγμα που σημαίνει ότι παραμένει μεταλλικό ακόμα και όταν σταματήσει η ακραία πίεση.
Επιπλέον, σύμφωνα με τους επιστήμονες, το μεταλλικό υδρογόνο θα ήταν υπεραγωγός υψηλής θερμοκρασίας. Το 1968, ο Neil Ashcroft, φυσικός στο Πανεπιστήμιο Cornell, προέβλεψε ότι η μεταλλική φάση του υδρογόνου θα μπορούσε να είναι υπεραγώγιμη, δηλαδή να άγει ηλεκτρισμό χωρίς καμία απώλεια θερμότητας και σε θερμοκρασίες πολύ πάνω από 0°C. Αυτό και μόνο θα εξοικονομούσε το ένα τρίτο της ηλεκτρικής ενέργειας που χάνεται αυτή τη στιγμή κατά τη μεταφορά και ως αποτέλεσμα της θέρμανσης όλων των ηλεκτρονικών συσκευών.
Σε κανονική πίεση σε αέρια, υγρή και στερεή κατάσταση (το υδρογόνο συμπυκνώνεται στους 20 Κ και στερεοποιείται στους 14 Κ), αυτό το στοιχείο δεν άγει ηλεκτρισμό επειδή τα άτομα υδρογόνου συνδυάζονται σε μοριακά ζεύγη και ανταλλάσσουν τα ηλεκτρόνια τους. Επομένως, δεν υπάρχουν αρκετά ελεύθερα ηλεκτρόνια, τα οποία σχηματίζουν τη ζώνη αγωγιμότητας στα μέταλλα και είναι φορείς ρεύματος. Μόνο η ισχυρή συμπίεση του υδρογόνου προκειμένου να σπάσει οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων καθιστά δυνατή τη θεωρητική απελευθέρωση ηλεκτρονίων και το υδρογόνο να γίνει αγωγός του ηλεκτρισμού και ακόμη και υπεραγωγός.
Υδρογόνο συμπιεσμένο σε μεταλλική μορφή μεταξύ διαμαντιών
Η νέα μορφή υδρογόνου μπορεί επίσης να χρησιμεύσει καύσιμο πυραύλων με εξαιρετικές επιδόσεις. «Η παραγωγή μεταλλικού υδρογόνου απαιτεί τεράστια ποσότητα ενέργειας», εξηγεί ο καθηγητής. Ασήμι. «Όταν αυτή η μορφή υδρογόνου μετατρέπεται σε μοριακό αέριο, απελευθερώνεται πολλή ενέργεια, καθιστώντας την την πιο ισχυρή μηχανή πυραύλων που γνωρίζει η ανθρωπότητα».
Η ειδική ώθηση ενός κινητήρα που λειτουργεί με αυτό το καύσιμο θα είναι 1700 δευτερόλεπτα. Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται συνήθως υδρογόνο και οξυγόνο και η ειδική ώθηση τέτοιων κινητήρων είναι 450 δευτερόλεπτα. Σύμφωνα με τον επιστήμονα, το νέο καύσιμο θα επιτρέψει στο διαστημόπλοιό μας να εισέλθει σε τροχιά χρησιμοποιώντας έναν πύραυλο ενός σταδίου με μεγαλύτερο ωφέλιμο φορτίο και να του επιτρέψει να φτάσει σε άλλους πλανήτες.
Με τη σειρά του, ένας μεταλλικός υπεραγωγός υδρογόνου που λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου θα επέτρεπε την κατασκευή συστημάτων μεταφοράς υψηλής ταχύτητας χρησιμοποιώντας μαγνητική αιώρηση, θα αύξανε την απόδοση των ηλεκτρικών οχημάτων και την απόδοση πολλών ηλεκτρονικών συσκευών. Θα υπάρξει επίσης επανάσταση στην αγορά αποθήκευσης ενέργειας. Επειδή οι υπεραγωγοί έχουν μηδενική αντίσταση, θα ήταν δυνατή η αποθήκευση ενέργειας σε ηλεκτρικά κυκλώματα όπου κυκλοφορεί μέχρι να χρειαστεί.
Να είστε προσεκτικοί με αυτόν τον ενθουσιασμό
Ωστόσο, αυτές οι φωτεινές προοπτικές δεν είναι απολύτως σαφείς, καθώς οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη επαληθεύσει ότι το μεταλλικό υδρογόνο είναι σταθερό κάτω από συνηθισμένες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Οι εκπρόσωποι της επιστημονικής κοινότητας, τους οποίους τα ΜΜΕ προσέγγισαν για σχολιασμό, είναι δύσπιστοι ή, στην καλύτερη περίπτωση, επιφυλακτικοί. Η πιο συνηθισμένη υπόθεση είναι να επαναλάβουμε το πείραμα, γιατί μια υποτιθέμενη επιτυχία είναι... απλώς μια υποτιθέμενη επιτυχία.
Σε αυτό το σημείο, ένα μικρό κομμάτι μετάλλου μπορεί να φανεί μόνο πίσω από τα προαναφερθέντα δύο διαμαντένια αμόνια, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για τη συμπίεση υγρού υδρογόνου σε θερμοκρασίες πολύ κάτω από το μηδέν. Είναι η πρόβλεψη του Prof. Θα δουλέψουν πραγματικά ο Silvera και οι συνάδελφοί του; Ας δούμε στο εγγύς μέλλον πώς οι πειραματιστές σκοπεύουν να μειώσουν σταδιακά την πίεση και να αυξήσουν τη θερμοκρασία του δείγματος για να μάθουμε. Και ταυτόχρονα ελπίζουν ότι το υδρογόνο απλά... δεν θα εξατμιστεί.
