Jaké jsou vlastnosti vodíku?

Vlastnosti vodíku zahrnují, že ve svém přirozeném stavu na Zemi je to bezbarvý plyn bez zápachu, který je extrémně hořlavý. Je to nejlehčí prvek, který v přírodě existuje, a zabírá v průměru 75% veškeré hmoty ve vesmíru ve hvězdách, planetách a dalších hvězdných objektech. Vodík je také nezbytný pro veškerý život na Zemi, kde tvoří 14% živé hmoty, protože snadno vytváří vazby s kyslíkem, aby vytvořil vodu a uhlík, aby vytvořil molekuly, na nichž jsou živé struktury a většina organických molekul jsou postaveny.

Zatímco nejhojnější formou vodíku je protium, kde má ve svém atomovém jádru pouze jeden proton a jeden elektron na oběžné dráze kolem jádra, existují i ​​dva další izotopy vodíku. Protium představuje 99,985% veškerého přírodního vodíku a deuterium představuje dalších téměř 0,015%, které mají proton i neutron v atomovém jádru, což mu dává dvojnásobnou hmotnost než protium. Tritium je třetí forma vodíku, která je v přírodě mimořádně vzácná, ale může být vyráběna uměle. Je nestabilní a vykazuje radioaktivní rozpad s poločasem 12,32 let. Má dva neutrony v atomovém jádru pro jeden proton a je klíčovou sloučeninou vyráběnou a používanou ve zbraních s vodíkovou bombou ke zvýšení jejich výnosu, jakož i ve výrobě energie jaderného štěpení a ve výzkumu jaderné fúze.

Chemické vlastnosti vodíku s pouhým jedním elektronem na oběžné dráze vedou k tomu, že se jedná o vysoce reaktivní prvek, který vytváří vazby s mnoha dalšími prvky. Ve svém přirozeném stavu v atmosféře se váže k jinému atomu vodíku jako kyslík, čímž vytváří H2. Molekuly H2 mohou být také jedinečné v závislosti na rotaci jejich jader, s molekulami H2, kde se obě jádra točí ve stejném směru, které se nazývají orthohydrogen, a ty, které mají protikladná otočení známá jako parahydrogen. Orthohydrogen je nejčastější forma H2 při normálním atmosférickém tlaku a teplotě ve formě plynu, ale když se ochladí na kapalnou formu, jako je raketové palivo, změní se ortohydrogen na parahydrogen.

Fyzikální vlastnosti vodíku a jeho rozsáhlá hojnost na zemi a v oceánech Země z něj činí důležitou oblast výzkumu jako prakticky neomezený přísun paliva. Všechny formy paliv a paliv na bázi fosilních paliv, jako je benzín, zemní plyn a ethanol, se skládají z uhlovodíkových řetězců, ve kterých je vodík, uhlík a někdy i kyslík vázán dohromady. Oddělení čistého vodíku jako čistého spalovacího a bohatého zdroje paliva je snadno proveditelné, ale síla nutná k přerušení vodíku bez chemických vazeb a jeho ochlazení pro skladování často vyžaduje více energie, než může samotný čistý vodík generovat. Z tohoto důvodu vlastnosti vodíku znamenají, že jeho nejčastější použití je tam, kde se nachází v chemických vazbách s jinými prvky.

Výzkum výroby energie z jaderné syntézy také spoléhá na chemické vlastnosti sloučenin vodíku deuterium a tritium. Vlastnosti vodíku používané všemi hvězdami spojují atomy vodíku společně pod intenzivním tlakem k uvolnění helia a energie ve formě světla a tepla. Podobné tlaky jsou vytvářeny ve výzkumných zařízeních využívajících výkonná magnetická pole, inerciální zadržovací lasery nebo elektrické impulsy v USA, Evropě a Japonsku.

Když dojde k roztavení atomů vodíku, vytvoří se atom helia, který nese 20% přebytečné energie z procesu, a 80% energie je neseno volným neutronem. Tato neutronová energie nebo teplo je pak absorbováno tekutinou, aby vytvořilo páru a pohánělo turbínu pro výrobu elektřiny. Tento proces však stále zůstává experimentální, ale od roku 2011. Je to kvůli obrovským tlakům, které je třeba udržovat, aby se spojily atomy vodíku společně a aby se vyráběly stroje, které dokážou vydržet teploty produkované při fúzi, které dosáhnou 212 000 000 ° Fahrenheita (100 000 000 ° Celsius) ).