Vad är egenskaperna för väte?
Väteegenskaperna inkluderar att det i dess naturliga tillstånd på jorden är en färglös, luktfri gas som är extremt brandfarlig. Det är det lättaste elementet som är känt att existera i naturen och tar i genomsnitt 75% av all massan i universum i stjärnor, planeter och andra stjärnobjekt. Väte är också viktigt för allt liv på jorden, där det utgör 14 viktprocent av levande material, eftersom det lätt bildar bindningar med syre för att skapa vatten och kol för att skapa de molekyler som är basen på vilka levande strukturer och de flesta organiska molekyler. är byggd.
Medan den vanligaste väteformen är protium, där den bara har en proton i sin atomkärna och en elektron i omloppsbana runt kärnan, finns det två andra väteisotoper också. Protium står för 99,985% av allt naturligt väte, och deuterium står för nästan 0,015% med både en proton och neutron i atomkärnan, vilket ger den en massa som är dubbelt så stor som protium. Tritium är den tredje formen av väte, som är oerhört sällsynt i naturen, men kan produceras konstgjord. Det är instabilt och uppvisar radioaktivt förfall med en halveringstid på 12,32 år. Den har två neutroner i atomkärnan för en proton, och är en nyckelförening som produceras och används i vätebombsvapen för att förbättra deras utbyte, såväl som i kärnklyvningsenergiproduktion och i kärnfusionsforskning.
De kemiska egenskaperna hos väte, med bara en elektron i omloppsbana, leder till att det är ett mycket reaktivt element som bildar bindningar med många andra element. I sitt naturliga tillstånd i atmosfären binds det till en annan väteatom som syre gör, för att bilda H2. H2-molekyler kan också vara unika beroende på spinnet i deras kärnor, med molekyler av H2 där båda kärnorna snurrar i samma riktning som kallas orthhydrogen, och de med motsatta spins kända som parahydrogen. Ortohydrogen är den vanligaste formen av H2 vid normalt atmosfärstryck och temperatur i gasform, men när den kyls till flytande form, som för raketbränsle, förändras orthydrogen till parahydrogen.
De fysiska egenskaperna för väte och dess utbredda överflöd på land och i jordens hav gör det till ett viktigt forskningsområde som en praktiskt taget obegränsad bränsletillförsel. Alla former av fossilbaserade bränslen och alkoholer som bensin, naturgas och etanol består av kolvätekedjor där väte, kol och ibland syre är bundna samman. Att separera rent väte som en renbrinnande, riklig bränslekälla i sig görs enkelt, men den kraft som krävs för att bryta väte fritt från kemiska bindningar och sedan kyla det för lagring tar ofta mer energi än det rena vätet kan generera. Av detta skäl innebär vätgasegenskaper att dess vanligaste användningsområden är där det finns i kemiska bindningar med andra element.
Forskning om produktion av fusionsenergi bygger också på de kemiska egenskaperna hos väteföreningarna deuterium och tritium. Egenskaperna för väte som används av alla stjärnor smälter samman väteatomer under intensivt tryck för att frigöra helium och energi i form av ljus och värme. Liknande tryck genereras i forskningsanläggningar med kraftfulla magnetfält, tröghetslåsare eller elektriska pulser i USA, Europa och Japan.
När smältningen av väteatomer äger rum skapas en heliumatom som transporterar 20% av överskottet från processen och 80% av energin transporteras av en fri neutron. Denna neutronenergi eller värme absorberas sedan av en vätska för att skapa ånga och driva en turbin för att producera elektricitet. Processen är dock fortfarande experimentell från och med 2011. Detta beror på det enorma trycket som måste upprätthållas för att smälta väteatomer samman kontinuerligt och för att göra maskiner som kan tåla temperaturer som produceras i fusion som når 212.000.000 ° Fahrenheit (100.000.000 ° Celsius) ).