Hidrogenul metalic va schimba fața tehnologiei - până când se va evapora

În forjele secolului al XNUMX-lea, nici oțelul, nici măcar titanul sau aliajele de elemente din pământuri rare nu sunt forjate. În nicovalele de diamant de astăzi cu un luciu metalic strălucea ceea ce încă știm ca fiind cel mai evaziv dintre gaze...

Hidrogenul din tabelul periodic se află în fruntea primului grup, care include doar metale alcaline, adică litiu, sodiu, potasiu, rubidiu, cesiu și franciu. Deloc surprinzător, oamenii de știință s-au întrebat de mult dacă are și forma sa metalică. În 1935, Eugene Wigner și Hillard Bell Huntington au fost primii care au propus condiții în care hidrogenul poate deveni metalic. În 1996, fizicienii americani William Nellis, Arthur Mitchell și Samuel Weir de la Laboratorul Național Lawrence Livermore au raportat că hidrogenul a fost produs accidental în stare metalică folosind un pistol cu ​​gaz. În octombrie 2016, Ranga Diaz și Isaac Silvera au anunțat că au reușit să obțină hidrogen metalic la o presiune de 495 GPa (aproximativ 5 × 10⁶ atm) și la o temperatură de 5,5 K într-o cameră de diamant. Cu toate acestea, experimentul nu a fost repetat de autori și nu a fost confirmat independent. ca urmare, o parte din comunitatea științifică pune sub semnul întrebării concluziile formulate.

Există sugestii că hidrogenul metalic poate fi sub formă lichidă sub presiune gravitațională ridicată. în interiorul gigantelor planete gazoaseprecum Jupiter și Saturn.

La sfârșitul lunii ianuarie a acestui an, un grup de prof. Isaac Silveri de la Universitatea Harvard a raportat că hidrogenul metalic a fost produs în laborator. Ei au supus proba la o presiune de 495 GPa în „nicovale” de diamant, ale căror molecule formează gazul H.₂ dezintegrat și o structură metalică formată din atomi de hidrogen. Potrivit autorilor experimentului, structura rezultată metastabilceea ce înseamnă că rămâne metalic chiar și după ce presiunea extremă a încetat.

În plus, potrivit oamenilor de știință, hidrogenul metalic ar fi supraconductor la temperatură ridicată. În 1968, Neil Ashcroft, fizician la Universitatea Cornell, a prezis că faza metalică a hidrogenului ar putea fi supraconductivă, adică să conducă electricitatea fără pierderi de căldură și la temperaturi cu mult peste 0°C. Numai asta ar economisi o treime din energia electrică care se pierde astăzi prin transport și ca urmare a încălzirii tuturor dispozitivelor electronice.

Sub presiune normală în stare gazoasă, lichidă și solidă (hidrogenul se condensează la 20 K și se solidifică la 14 K), acest element nu conduce electricitatea deoarece atomii de hidrogen se combină în perechi moleculare și își schimbă electronii. Prin urmare, nu există destui electroni liberi, care în metale formează o bandă de conducție și sunt purtători de curent. Doar o comprimare puternică a hidrogenului pentru a distruge legăturile dintre atomi eliberează teoretic electroni și face din hidrogen un conductor de electricitate și chiar un supraconductor.

Hidrogen comprimat într-o formă metalică între diamante

Ar putea servi și o nouă formă de hidrogen combustibil pentru rachete cu performanțe excepționale. „Este nevoie de o cantitate imensă de energie pentru a produce hidrogen metalic”, explică profesorul. Argint. „Când această formă de hidrogen este convertită într-un gaz molecular, se eliberează multă energie, ceea ce îl face cel mai puternic motor de rachetă cunoscut omenirii”.

Impulsul specific al unui motor care funcționează cu acest combustibil va fi de 1700 de secunde. În prezent, hidrogenul și oxigenul sunt utilizate în mod obișnuit, iar impulsul specific al unor astfel de motoare este de 450 de secunde. Potrivit omului de știință, noul combustibil va permite navei noastre spațiale să ajungă pe orbită cu o rachetă cu o singură etapă cu o sarcină utilă mai mare și îi va permite să ajungă pe alte planete.

La rândul său, un supraconductor de hidrogen metalic care funcționează la temperatura camerei ar face posibilă construirea de sisteme de transport de mare viteză folosind levitația magnetică, ar crește eficiența vehiculelor electrice și eficiența multor dispozitive electronice. Va avea loc și o revoluție pe piața de stocare a energiei. Deoarece supraconductorii au rezistență zero, ar fi posibilă stocarea energiei în circuite electrice, unde circulă până când este nevoie.

Fii atent cu acest entuziasm

Cu toate acestea, aceste perspective strălucitoare nu sunt în întregime clare, deoarece oamenii de știință nu au verificat încă dacă hidrogenul metalic este stabil în condiții normale de presiune și temperatură. Reprezentanții comunității științifice, care au fost abordați de mass-media pentru comentarii, sunt sceptici sau, în cel mai bun caz, rezervați. Cel mai obișnuit postulat este repetarea experimentului, pentru că un presupus succes este... doar un presupus succes.

În momentul de față, o mică bucată de metal poate fi văzută doar în spatele celor două nicovale de diamant menționate mai sus, care au fost folosite pentru a comprima hidrogenul lichid la temperaturi mult sub zero. Este predicția prof. Silvera și colegii lui chiar vor lucra? Să vedem în viitorul apropiat cum intenționează experimentatorii să reducă treptat presiunea și să crească temperatura probei pentru a afla. Și, făcând acest lucru, ei speră că hidrogenul pur și simplu... nu se evaporă.