Hvad er egenskaber ved brint?
Egenskaber ved brint inkluderer, at det i sin naturlige tilstand på Jorden er en farveløs, lugtfri gas, som er ekstremt brandfarlig. Det er det letteste element, der er kendt for at eksistere i naturen, og optager et gennemsnit på 75% af al massen i universet i stjerner, planeter og andre stjerneobjekter. Brint er også vigtigt for alt liv på Jorden, hvor det udgør 14% af levende stof efter vægt, da det let danner bindinger med ilt for at skabe vand og kulstof for at skabe de molekyler, der er basen, hvorpå levende strukturer og de fleste organiske molekyler ligger er bygget.
Mens den mest udbredte form for brint er protium, hvor det kun har en proton i sin atomkerne og en elektron i kredsløb omkring kernen, findes der også to andre isotoper af brint. Protium tegner sig for 99,985% af alt naturligt brint, og deuterium tegner sig for næsten 0,015% med både en proton og neutron i atomkernen, hvilket giver det en masse, der er dobbelt så stor som protium. Tritium er den tredje form for brint, der er meget sjælden i naturen, men kan fremstilles kunstigt. Det er ustabilt og udviser radioaktivt forfald med en halveringstid på 12,32 år. Det har to neutroner i atomkernen til en proton, og er en nøgleforbindelse, der er produceret og brugt i brintbomevåben til at øge deres udbytte såvel som i kernehovedproduktion af energi og til forskning i nuklear fusion.
De kemiske egenskaber ved brint, med kun en elektron i kredsløb, fører til, at det er et stærkt reaktivt element, der danner bindinger med mange andre elementer. I sin naturlige tilstand i atmosfæren binder det til et andet hydrogenatom, som ilt gør, for at danne H2. H2-molekyler kan også være unikke afhængigt af omdrejningen af deres kerner, med molekyler af H2, hvor begge kerner spinder i samme retning, der kaldes orthohydrogen, og dem med modsatte spins kendt som parahydrogen. Orthohydrogen er den mest almindelige form for H2 ved normalt atmosfærisk tryk og temperatur i gasform, men når det afkøles til flydende form som for raketbrændstof, ændres orthohydrogen til parahydrogen.
De fysiske egenskaber ved brint og dets udbredte overflod på land og i jordens oceaner gør det til et vigtigt forskningsområde som en praktisk taget ubegrænset brændstofforsyning. Alle former for fossile brændsler og alkoholer såsom benzin, naturgas og ethanol er sammensat af carbonhydridkæder, hvor brint, kulstof og undertiden ilt er bundet sammen. Det er let at udskille rent brint som en renforbrændende rigelig brændstofskilde, men den kraft, der er nødvendig for at bryde brint fri for kemiske bindinger og derefter afkøle det til opbevaring, tager ofte mere energi, end det rene brint selv kan generere. Af denne grund betyder egenskaber ved brint, at dets mest almindelige anvendelser er, hvor det findes i kemiske bindinger med andre elementer.
Forskning inden for produktion af fusionsenergi er også afhængig af de kemiske egenskaber af brintforbindelserne deuterium og tritium. Egenskaberne ved brint, der bruges af alle stjerner, smelter sammen brintatomer under intenst pres for at frigive helium og energi i form af lys og varme. Lignende pres genereres i forskningsfaciliteter ved hjælp af kraftfulde magnetfelter, inertial indeslutningslasere eller elektriske impulser i USA, Europa og Japan.
Når fusionen af brintatomer finder sted, dannes der et heliumatom, der bærer 20% af overskydende energi fra processen, og 80% af energien transporteres af en fri neutron. Denne neutronenergi eller varme absorberes derefter af en væske for at skabe damp og kraft til en turbin til at producere elektricitet. Processen er dog stadig eksperimentel fra og med 2011. Dette skyldes det enorme tryk, der skal opretholdes for at smelte sammen brintatomer sammen og til at fremstille maskiner, der kan udholde temperaturer, der er produceret i fusion, når 212.000.000 ° Fahrenheit (100.000.000 ° Celsius) ).