Многоликий водород

Мы подняли лишь краешек занавеса сцен на которой действует один из интереснейших элементов нашей Вселенной – многоликий водород. Вплоть до XX в. Все были убеждены, что за «горючим воздухом» Кавендиша, гидрогениумом Лавуазье скрывается элемент, рождающий при своём соединении с кислородом обычную воду.

Но в XX в. Водород приобрёл многоликость. В природе были открыты три различных водорода, три его изотопа, которые были названы в соответствии со сложностью своих ядер. Самый лёгкий – протий. Водород в обычной воде в основном состоит из протия. Но в воде есть и более тяжёлый водород – дейтерий. На каждые 6700 атомов протия приходится один атом дейтерия.

Существует и сверхтяжёлый водород – тритий. Тритий радиоактивен. Он непрерывно образуется в стратосфере под действием космического излучения. Есть предположения, что это не предел для существования новых, ещё более тяжёлых изотопов водорода, которые должны быть радиоактивны.

Дейтерий – исходный элемент для энергии будущего. Впервые существование тяжёлого водорода – дейтерия было доказано в 1932 году. Несмотря на относительно малое содержание дейтерия в обычной воде, общее количество дейтерия на Земле очень велико. По подсчётам академика И. В. Курчатова, 1 литр обычной воды по энергии содержащегося в нём дейтерия эквивалентен примерно 400 л нефти, поэтому дейтерия кат топлива будущего хватит на сотни миллионов лет. (Вспомните ещё раз героя Жуля Верна).

Количество трития на Земле исчезающее мало. Его меньше 1 кг, но, несмотря на это, его можно обнаружить в каждой капле воды. А его значение в будущей энергетике, возможно, ещё более велико, чем дейтерия. Он неустойчив, период его полураспада – 12, 262 года.

Водород (протий), дейтерий и тритий образуют двухатомные молекулы. Молекулы с одинаковыми атомами Н₂, D₂, Т₂ существуют в двух ядерно-изомерных формах, орто- и пара-форме. Эта изомерия является исходной причиной различия магнитных, спектральных и термических свойств обеих модификаций.

Мой рассказ о водороде и водородной технологии был бы неполным, если бы мы не указали на ещё один лик водорода – атомарный водород, победное шествие которого в технике предстоит. Дело в том, что атомарный водород более перспективное горючее, чем протий.

Р. Вуд в 1922 г. установил, что при пропускании тихих электрических разрядов через водород, находящийся под давлением в нескольких десятых долей миллиметра ртутного столба, можно получить атомарный водород. При 1700^оС количество диссоциированного водорода (Н₂ – 2Н) составляет доли процента, а при 4700^оС оно доходит до 95%. Атомарный водород уже при комнатной температуре восстанавливает оксиды металлов, соединяется с кислородом, серой. Но главное, в чём заключается его ценность и что обеспечивает его будущее, - это огромная энергия, которая выделяется при рекомбинации атомов водорода в молекулу. Эта теплота используется при автогенной сварке особо тугоплавких металлов, например тантала с вольфрамом. Температура при такой сварке достигает 4000^оС.

Высокая теплота рекомбинации атомов водорода в молекулу открывает возможность использовать атомарный водород в качестве особо высокого по калорийности топлива. Но атомарный водород очень неустойчив, он существует в течении десятых долей секунды, затем превращается в молекулярный водород. Создание условий, при которых можно было бы хранить атомарный водород, - задача ещё не решённая.

И наконец, ещё один лик водорода – протон (ядро атома водорода), широко используемый в современной науке для осуществления ядерных реакций.

Многолик водород, он широко и глубоко вторгается в современные энергетику транспорт, химическую технологию.

Дата добавления: 2015-03-29