L; історія та використання; водень давайте поговоримо про науку
Резюме Поділитися на:
Прізвище: водень
Символ: H
Атомний номер: 1
Атомна маса: 1.008
Категорія: нереактивний метал
Зовнішній вигляд: безбарвний газ без запаху
Водень - найпростіший і найпоширеніший з них хімічні елементи, ці основні компоненти всього навколо нас. У той час як інші атоми складаються з протонів, нейтронів та електронів, водень має лише один протон і лише один електрон. Це також найпоширеніший елемент, який становить близько трьох чвертей всієї матерії у Всесвіті.
Ти знав?
США виробляють приблизно 85 мільйонів кубічних метрів водню щороку. Це еквівалентно понад 50 разів обсягу Центру Роджерса в Торонто!
Водень - це неметалеві без кольору і запаху. У своєму найпоширенішому вигляді це надзвичайно горючі. Іншими словами, він, як правило, швидко запалюється. Це робить його дуже небезпечним ресурсом, але і дуже корисним.
Коли був відкритий водень?
Водень був відкритий в 1671 р. Британським дослідником Робертом Бойлем, який тоді проводив експерименти, в яких занурював різні метали в кислота. Коли ви замочуєте чистий метал у кислоті, явище називається проста реакція зміщення. Наприклад, якщо ми опустимо шматочок калію (K) у розчин соляної кислоти (HCl), ми викликаємо таку реакцію:
2K + 2HCl → 2KCl + H2
Твердий калій - метал - реагує з кислотою і утворює сіль, яка називається хлористий калій. Решта атоми водню потім об’єднуються, утворюючи газоподібний водень.
У своїй статті 1776 р. Генрі Кавендіш, інший британський дослідник, підтвердив, що водень є окремим елементом. Як і Бойл до нього, він помітив, що цей елемент був дуже легкозаймистим. Точніше, це швидко і бурхливо породжує реакція горіння з киснем.
2H2 + O2 → 2H2O (+ тепло)
В результаті реакції молекули водню та кисню об’єднуються, утворюючи воду (H2O). Це реакція екзотермічний, тобто генерує теплової енергії (вогонь). Пізніше інші дослідники виявлять, що саме водень підживлює реакції синтез ядерний у серці всіх зірок. Однак саме ці реакції виробляють світло і тепло, випромінювані останніми, включаючи Сонце.
Ти знав?
Водень плавиться при 14 К, або -259,16 ° С.
Як раніше використовували водень?
Бойл і Кавендіш відзначали не тільки займистість водню, але й той факт, що він менш щільний (легший), ніж повітря. Тому він ідеально підходить для підйому таких речей, як повітряні кулі. У цьому відношенні це виглядає як другий найпоширеніший і простіший елемент: гелій. Насправді водень піднімає речі краще, ніж останні. Тож це було лише питанням часу, коли ми почнемо розробляти наповнені воднем повітряні кулі для транспортування. На початку 1900-х років великі дирижаблі були популярні для переїзду з місця на місце.
Однак захоплення дирижаблів, що використовують водень, було коротким. У 1937 році в США сталася трагедія; Німецький дирижабль "Гінденбург" загорівся і вибухнув у Лейкхерсті, штат Нью-Джерсі, загинуло 36 людей.
Конструктори дирижаблів знали, що водень є займистим і що гелій був би безпечнішим. Але гелію було мало і дорого. Тому вони обрали більш економічне рішення, але також більш ризиковане. Після катастрофи в Гінденбурзі водень швидко відмовився від ліфтового газу. Також приблизно в цей час літаки стали більш популярними.
Як застосовували водень нещодавно?
Ви, напевно, бачили відео, на яких космічний човник вилітає з Космічного центру Кеннеді або прибуває на Міжнародну космічну станцію. Ця програма була скасована в 2011 році, але до того часу човник був основним маршрутом для астронавтів НАСА у космос. Ви коли-небудь замислювались над тим, які сили забезпечують його гігантські двигуни? Гідроген!
Основний двигун човника працював при спалюванні рідкого водню та кисню. Скільки енергії може дати спалювання водню? Настільки, що важко уявити! Разом три човникові двигуни виробляли приблизно однакову кількість енергії, як 120 локомотивів.!
Інженери NASA знали про небезпеку, пов’язану з воднем. Вони вирішили скористатися сировинною силою, яку міг би виробляти цей елемент, залишаючись надзвичайно обережними.
Останнім часом люди все частіше хочуть зменшити свій вплив на навколишнє середовище. Один із способів зробити це - припинити спалювати паливо для живлення наших автомобілів. Тому існує великий інтерес до розробки автомобілів, що працюють на системі водневий паливний елемент. До того ж, згоряючи, він виробляє не парникові гази, як бензин, а воду!
Ти знав?
У 2018 році виробники Honda, Hyundai і Toyota випустили кожну модель автомобіля на водні.
На відміну від Гінденбурга, водневі машини зберігають його у твердому вигляді замість газоподібного. Це тверде тіло могло згоріти в аварії, але навряд чи воно вибухне. Ризики були б приблизно однаковими з ризиками, пов'язаними з автомобілями, що працюють на бензині.
Однією з головних проблем використання водню для автомобільного палива є його зберігання. Хоча він забезпечує більше енергії, ніж бензин, залежно від його ваги, він забезпечує менше енергії залежно від його обсягу. Це означає, що вам потрібен відносно великий бак, щоб ви могли проїхати розумну відстань, перш ніж потрібно заправлятись. Бензобак у більшості автомобілів занадто малий, щоб утримувати газ водень, необхідний для проїзду від точки до точки, навіть коли ви перебуваєте в місті!
Тому вчені шукають шляхи перетворення водню з газоподібного стану в твердий. Таким чином вони хочуть підняти його слабкість щільність енергії. Коли водень поглинається твердою хімічною речовиною, ця щільність дійсно може зростати. Дослідники з університетів, підприємств та урядів розглядають це інноваційне рішення, яке може поставити водень на перше місце в енергетичній економіці.
З часу його відкриття в 1671 р. Водень стає все більш зрозумілим. Ми використовували його для польоту дирижаблів і руху людей у космос. Можливо, колись ми використаємо його для живлення наших автомобілів!