Hidrogen logam akan mengubah wajah teknologi - sehingga ia menguap
Dalam penempaan abad ke-XNUMX, keluli mahupun titanium atau aloi unsur nadir bumi tidak ditempa. Dalam andas berlian hari ini dengan kilauan logam bersinar apa yang kita masih tahu sebagai gas yang paling sukar difahami ...
Hidrogen dalam jadual berkala berada di bahagian atas kumpulan pertama, yang merangkumi hanya logam alkali, iaitu litium, natrium, kalium, rubidium, cesium dan fransium. Tidak menghairankan, saintis telah lama tertanya-tanya sama ada ia juga mempunyai bentuk logamnya. Pada tahun 1935, Eugene Wigner dan Hillard Bell Huntington adalah yang pertama mencadangkan syarat di mana hidrogen boleh menjadi logam. Pada tahun 1996, ahli fizik Amerika William Nellis, Arthur Mitchell, dan Samuel Weir di Lawrence Livermore National Laboratory melaporkan bahawa hidrogen telah dihasilkan secara tidak sengaja dalam keadaan logam menggunakan pistol gas. Pada Oktober 2016, Ranga Diaz dan Isaac Silvera mengumumkan bahawa mereka telah berjaya mendapatkan hidrogen logam pada tekanan 495 GPa (kira-kira 5 × 106 atm) dan pada suhu 5,5 K dalam ruang berlian. Walau bagaimanapun, percubaan itu tidak diulang oleh pengarang dan tidak disahkan secara bebas. akibatnya, sebahagian daripada komuniti saintifik mempersoalkan kesimpulan yang dirumuskan.
Terdapat cadangan bahawa hidrogen logam mungkin dalam bentuk cecair di bawah tekanan graviti tinggi. di dalam planet gas gergasiseperti Musytari dan Zuhal.
Pada penghujung Januari tahun ini, sekumpulan prof. Isaac Silveri dari Universiti Harvard melaporkan bahawa hidrogen logam telah dihasilkan di makmal. Mereka menundukkan sampel kepada tekanan 495 GPa dalam "anvil" berlian, molekul yang membentuk gas H2 hancur, dan struktur logam terbentuk daripada atom hidrogen. Menurut pengarang eksperimen, struktur yang terhasil metastabilyang bermaksud ia kekal logam walaupun selepas tekanan melampau telah berhenti.
Di samping itu, menurut saintis, hidrogen logam akan menjadi superkonduktor suhu tinggi. Pada tahun 1968, Neil Ashcroft, seorang ahli fizik di Universiti Cornell, meramalkan bahawa fasa logam hidrogen boleh menjadi superkonduktif, iaitu, mengalirkan elektrik tanpa kehilangan haba dan pada suhu melebihi 0°C. Ini sahaja akan menjimatkan satu pertiga daripada elektrik yang hilang hari ini dalam penghantaran dan akibat pemanasan semua peranti elektronik.
Di bawah tekanan normal dalam keadaan gas, cecair dan pepejal (hidrogen terpeluwap pada 20 K dan pepejal pada 14 K), unsur ini tidak mengalirkan elektrik kerana atom hidrogen bergabung menjadi pasangan molekul dan menukar elektronnya. Oleh itu, tidak terdapat cukup elektron bebas, yang dalam logam membentuk jalur pengaliran dan merupakan pembawa arus. Hanya mampatan hidrogen yang kuat untuk memusnahkan ikatan antara atom secara teorinya membebaskan elektron dan menjadikan hidrogen sebagai konduktor elektrik dan juga superkonduktor.
Hidrogen dimampatkan menjadi bentuk logam antara berlian
Satu bentuk hidrogen baharu juga boleh digunakan bahan api roket dengan prestasi luar biasa. "Ia memerlukan sejumlah besar tenaga untuk menghasilkan hidrogen logam," jelas profesor itu. Perak. "Apabila bentuk hidrogen ini ditukar kepada gas molekul, banyak tenaga dibebaskan, menjadikannya enjin roket paling berkuasa yang diketahui oleh manusia."
Impuls spesifik enjin yang berjalan pada bahan api ini ialah 1700 saat. Pada masa ini, hidrogen dan oksigen biasanya digunakan, dan impuls khusus enjin sedemikian ialah 450 saat. Menurut saintis itu, bahan api baharu itu akan membolehkan kapal angkasa kita mencapai orbit dengan roket satu peringkat dengan muatan yang lebih besar dan membolehkannya mencapai planet lain.
Sebaliknya, superkonduktor hidrogen logam yang beroperasi pada suhu bilik akan memungkinkan untuk membina sistem pengangkutan berkelajuan tinggi menggunakan levitasi magnetik, akan meningkatkan kecekapan kenderaan elektrik dan kecekapan banyak peranti elektronik. Terdapat juga revolusi dalam pasaran simpanan tenaga. Oleh kerana superkonduktor mempunyai rintangan sifar, adalah mungkin untuk menyimpan tenaga dalam litar elektrik, di mana ia beredar sehingga ia diperlukan.
Berhati-hati dengan semangat ini
Walau bagaimanapun, prospek cerah ini tidak sepenuhnya jelas, kerana saintis masih belum mengesahkan bahawa hidrogen logam stabil di bawah keadaan tekanan dan suhu biasa. Wakil-wakil komuniti saintifik, yang telah didekati oleh media untuk mengulas, ragu-ragu atau, paling baik, terpelihara. Postulat yang paling biasa adalah mengulangi eksperimen, kerana satu kejayaan yang sepatutnya adalah... hanya kejayaan yang sepatutnya.
Pada masa ini, sekeping logam kecil hanya boleh dilihat di belakang dua andas berlian yang disebutkan di atas, yang digunakan untuk memampatkan hidrogen cecair pada suhu jauh di bawah paras beku. Adakah ramalan prof. Adakah Silvera dan rakan-rakannya akan benar-benar bekerja? Mari kita lihat dalam masa terdekat bagaimana penguji berhasrat untuk mengurangkan tekanan secara beransur-ansur dan meningkatkan suhu sampel untuk mengetahui. Dan dengan berbuat demikian, mereka berharap hidrogen hanya… tidak tersejat.
