Kovový vodík zmení tvár technológie – až kým sa neodparí
V kováčňach XNUMX. storočia sa nekutá ani oceľ, ani titán či zliatiny prvkov vzácnych zemín. V dnešných diamantových nákovách s kovovým leskom žiarilo to, čo stále poznáme ako najnepolapiteľnejší z plynov...
Vodík v periodickej tabuľke je na vrchole prvej skupiny, ktorá zahŕňa iba alkalické kovy, teda lítium, sodík, draslík, rubídium, cézium a francium. Nie je prekvapujúce, že vedci už dlho uvažujú, či má aj ona svoju kovovú podobu. V roku 1935 Eugene Wigner a Hillard Bell Huntington ako prví navrhli podmienky, za ktorých vodík sa môže stať kovovým. V roku 1996 americkí fyzici William Nellis, Arthur Mitchell a Samuel Weir z Národného laboratória Lawrence Livermore oznámili, že vodík bol náhodne vyrobený v kovovom stave pomocou plynovej pištole. V októbri 2016 Ranga Diaz a Isaac Silvera oznámili, že sa im podarilo získať kovový vodík pri tlaku 495 GPa (približne 5 × 106 atm) a pri teplote 5,5 K v diamantovej komore. Experiment však autori nezopakovali a nebol nezávisle potvrdený. v dôsledku toho časť vedeckej komunity spochybňuje formulované závery.
Existujú návrhy, že kovový vodík môže byť pri vysokom gravitačnom tlaku v kvapalnej forme. vnútri obrovských plynových planétako Jupiter a Saturn.
Koncom januára tohto roku skupina prof. Isaac Silveri z Harvardskej univerzity uviedol, že v laboratóriu sa vyrábal kovový vodík. Vzorku podrobili tlaku 495 GPa v diamantových „nákovách“, ktorých molekuly tvoria plyn H2 sa rozpadla a z atómov vodíka sa vytvorila kovová štruktúra. Podľa autorov experimentu výsledná štruktúra metastabilnýčo znamená, že zostane kovový aj po tom, čo ustane extrémny tlak.
Okrem toho by podľa vedcov kovový vodík bol vysokoteplotný supravodič. V roku 1968 Neil Ashcroft, fyzik z Cornell University, predpovedal, že kovová fáza vodíka by mohla byť supravodivá, teda viesť elektrinu bez akýchkoľvek tepelných strát a pri teplotách vysoko nad 0 °C. Len to by ušetrilo tretinu elektriny, ktorá sa dnes stráca pri prenose a v dôsledku zahrievania všetkých elektronických zariadení.
Za normálneho tlaku v plynnom, kvapalnom a pevnom skupenstve (vodík kondenzuje pri 20 K a tuhne pri 14 K) tento prvok nevedie elektrinu, pretože atómy vodíka sa spájajú do molekulárnych párov a vymieňajú si svoje elektróny. Preto nie je dostatok voľných elektrónov, ktoré v kovoch tvoria vodivý pás a sú nosičmi prúdu. Iba silné stlačenie vodíka za účelom zničenia väzieb medzi atómami teoreticky uvoľňuje elektróny a robí z vodíka vodič elektriny a dokonca aj supravodič.
Vodík stlačený do kovového tvaru medzi diamantmi
Poslúžiť by mohla aj nová forma vodíka raketové palivo s výnimočným výkonom. „Na výrobu kovového vodíka je potrebné obrovské množstvo energie,“ vysvetľuje profesor. Strieborná. "Keď sa táto forma vodíka premení na molekulárny plyn, uvoľní sa veľa energie, čo z neho robí najvýkonnejší raketový motor, aký ľudstvo pozná."
Špecifický impulz motora bežiaceho na toto palivo bude 1700 sekúnd. V súčasnosti sa bežne používa vodík a kyslík a špecifický impulz takýchto motorov je 450 sekúnd. Podľa vedca nové palivo umožní našej kozmickej lodi dostať sa na obežnú dráhu s jednostupňovou raketou s väčším užitočným zaťažením a umožní jej dostať sa na iné planéty.
Kovový vodíkový supravodič pracujúci pri izbovej teplote by zase umožnil vybudovať vysokorýchlostné dopravné systémy využívajúce magnetickú levitáciu, zvýšil by účinnosť elektrických vozidiel a účinnosť mnohých elektronických zariadení. Revolúcia bude aj na trhu skladovania energie. Keďže supravodiče majú nulový odpor, bolo by možné uchovávať energiu v elektrických obvodoch, kde cirkuluje, kým nie je potrebná.
Buďte opatrní s týmto nadšením
Tieto svetlé vyhliadky však nie sú úplne jasné, pretože vedci ešte musia overiť, či je kovový vodík stabilný za normálnych podmienok tlaku a teploty. Zástupcovia vedeckej obce, ktorých médiá oslovili, aby sa vyjadrili, sú skeptickí alebo v lepšom prípade rezervovaní. Najčastejším postulátom je zopakovanie experimentu, pretože jeden predpokladaný úspech je... len domnelý úspech.
Malý kúsok kovu je momentálne vidieť len za spomínanými dvoma diamantovými nákovami, ktoré slúžili na stláčanie tekutého vodíka pri teplotách hlboko pod bodom mrazu. Je predpoveď prof. Bude Silvera a jeho kolegovia naozaj pracovať? Pozrime sa v blízkej budúcnosti, ako experimentátori zamýšľajú postupne znižovať tlak a zvyšovať teplotu vzorky, aby to zistili. A pritom dúfajú, že vodík sa len... nevyparí.
