Metalinis vandenilis pakeis technologijos veidą – kol išgaruos

XNUMX amžiaus kalvėse nėra kaltas nei plienas, nei titanas ar retųjų žemių elementų lydiniai. Šiuolaikiniuose deimantiniuose priekaluose su metaliniu blizgesiu švytėjo tai, ką mes vis dar žinome kaip sunkiai įveikiamas dujas...

Vandenilis periodinėje lentelėje yra pirmosios grupės, kuri apima tik šarminius metalus, tai yra ličio, natrio, kalio, rubidžio, cezio ir francio, viršuje. Nenuostabu, kad mokslininkai jau seniai svarstė, ar jis taip pat turi metalinę formą. 1935 m. Eugene'as Wigneris ir Hillardas Bellas Huntingtonas pirmieji pasiūlė sąlygas, kuriomis vandenilis gali tapti metalu. 1996 m. amerikiečių fizikai Williamas Nellisas, Arthuras Mitchellas ir Samuelis Weiras iš Lawrence'o Livermore'o nacionalinės laboratorijos pranešė, kad naudojant dujinį pistoletą atsitiktinai buvo pagamintas vandenilis metalo pavidalu. 2016 m. spalį Ranga Diaz ir Isaacas Silvera paskelbė, kad jiems pavyko gauti metalinį vandenilį, kurio slėgis yra 495 GPa (maždaug 5 × 10).⁶ atm) ir 5,5 K temperatūroje deimantinėje kameroje. Tačiau eksperimento autoriai nekartojo ir nebuvo nepriklausomai patvirtintas. dėl to dalis mokslo bendruomenės kvestionuoja suformuluotas išvadas.

Yra pasiūlymų, kad metalinis vandenilis gali būti skysto pavidalo esant dideliam gravitaciniam slėgiui. milžiniškų dujų planetų vidujekaip Jupiteris ir Saturnas.

Šių metų sausio pabaigoje grupė prof. Isaacas Silveris iš Harvardo universiteto pranešė, kad laboratorijoje buvo pagamintas metalinis vandenilis. Jie paveikė mėginį 495 GPa slėgiu deimantiniuose „priekaluose“, kurių molekulės sudaro dujas H₂ subyrėjo, o iš vandenilio atomų susidarė metalinė struktūra. Pasak eksperimento autorių, susidariusi struktūra metastabiliosTai reiškia, kad jis išlieka metalinis net ir pasibaigus ekstremaliam slėgiui.

Be to, mokslininkų teigimu, metalinis vandenilis būtų aukštos temperatūros superlaidininkas. 1968 metais Kornelio universiteto fizikas Neilas Ashcroftas numatė, kad vandenilio metalinė fazė gali būti superlaidi, tai yra, laidi elektrą be šilumos nuostolių ir esant gerokai aukštesnei nei 0°C temperatūrai. Vien tai leistų sutaupyti trečdalį elektros energijos, kuri šiandien prarandama perduodant ir dėl visų elektroninių prietaisų šildymo.

Esant normaliam slėgiui dujinėje, skystoje ir kietoje būsenoje (vandenilis kondensuojasi esant 20 K, o kietėja esant 14 K), šis elementas nepraleidžia elektros, nes vandenilio atomai susijungia į molekulines poras ir keičiasi savo elektronais. Todėl nėra pakankamai laisvųjų elektronų, kurie metaluose sudaro laidumo juostą ir yra srovės nešėjai. Tik stiprus vandenilio suspaudimas, siekiant suardyti ryšius tarp atomų, teoriškai išlaisvina elektronus ir paverčia vandenilį elektros laidininku ir netgi superlaidininku.

Vandenilis suspaustas į metalinę formą tarp deimantų

Taip pat galėtų pasitarnauti nauja vandenilio forma išskirtiniu našumu pasižymintis raketinis kuras. „Metaliniam vandeniliui gaminti reikia didžiulio energijos kiekio“, – aiškina profesorius. Sidabras. „Kai ši vandenilio forma paverčiama molekulinėmis dujomis, išsiskiria daug energijos, todėl tai yra galingiausias žmonijai žinomas raketinis variklis.

Specifinis variklio, veikiančio su šiais degalais, impulsas bus 1700 sekundžių. Šiuo metu dažniausiai naudojamas vandenilis ir deguonis, o specifinis tokių variklių impulsas yra 450 sekundžių. Pasak mokslininko, naujasis kuras leis mūsų erdvėlaiviui pasiekti orbitą su vienos pakopos raketa, kurios naudingoji apkrova didesnė, ir leis jai pasiekti kitas planetas.

Savo ruožtu kambario temperatūroje veikiantis metalinis vandenilio superlaidininkas leistų statyti greitaeigius transporto sistemas naudojant magnetinę levitaciją, padidintų elektromobilių efektyvumą ir daugelio elektroninių prietaisų efektyvumą. Taip pat įvyks revoliucija energijos kaupimo rinkoje. Kadangi superlaidininkai turi nulinę varžą, energiją būtų galima kaupti elektros grandinėse, kur ji cirkuliuoja tol, kol jos prireiks.

Būkite atsargūs su šiuo entuziazmu

Tačiau šios ryškios perspektyvos nėra visiškai aiškios, nes mokslininkai dar turi patikrinti, ar metalinis vandenilis yra stabilus normaliomis slėgio ir temperatūros sąlygomis. Mokslo bendruomenės atstovai, į kuriuos žiniasklaida kreipėsi dėl komentarų, nusiteikę skeptiškai arba, geriausiu atveju, santūriai. Dažniausias postulatas – kartoti eksperimentą, nes viena tariama sėkmė yra... tik tariama sėkmė.

Šiuo metu nedidelis metalo gabalas matomas tik už jau minėtų dviejų deimantinių priekalų, kuriais buvo suspaustas skystas vandenilis esant gerokai žemesnei nei užšalimo temperatūrai. Ar prof. Ar Silvera ir jo kolegos tikrai dirbs? Netolimoje ateityje pažiūrėkime, kaip eksperimentatoriai ketina palaipsniui mažinti slėgį ir padidinti mėginio temperatūrą, kad tai išsiaiškintų. Ir tai darydami jie tikisi, kad vandenilis tiesiog… neišgaruos.