Kovový vodík změní tvář technologie – dokud se neodpaří

V kovárnách XNUMX. století se nekutá ocel, dokonce ani titan nebo slitiny prvků vzácných zemin. V dnešních diamantových kovadlinách s kovovým leskem zářilo to, co stále známe jako nejnepolapitelnější z plynů...

Vodík v periodické tabulce je na vrcholu první skupiny, která zahrnuje pouze alkalické kovy, tedy lithium, sodík, draslík, rubidium, cesium a francium. Není divu, že vědci dlouho přemýšleli, zda má také svou kovovou podobu. V roce 1935 Eugene Wigner a Hillard Bell Huntington jako první navrhli podmínky, za kterých vodík se může stát kovovým. V roce 1996 američtí fyzici William Nellis, Arthur Mitchell a Samuel Weir z Lawrence Livermore National Laboratory oznámili, že vodík byl náhodně vyroben v kovovém stavu pomocí plynové pistole. V říjnu 2016 Ranga Diaz a Isaac Silvera oznámili, že se jim podařilo získat kovový vodík při tlaku 495 GPa (přibližně 5 × 10⁶ atm) a při teplotě 5,5 K v diamantové komoře. Experiment však nebyl autory opakován a nebyl nezávisle potvrzen. v důsledku toho část vědecké komunity formulované závěry zpochybňuje.

Existují návrhy, že kovový vodík může být v kapalné formě pod vysokým gravitačním tlakem. uvnitř obřích plynných planetjako Jupiter a Saturn.

Koncem ledna letošního roku skupina prof. Isaac Silveri z Harvardské univerzity uvedl, že v laboratoři byl vyroben kovový vodík. Vzorek podrobili tlaku 495 GPa v diamantových „kovadlinách“, jejichž molekuly tvoří plyn H₂ rozpadl a z atomů vodíku se vytvořila kovová struktura. Podle autorů experimentu výsledná struktura metastabilnícož znamená, že zůstává kovový i po odeznění extrémního tlaku.

Podle vědců by navíc kovový vodík byl vysokoteplotní supravodič. V roce 1968 Neil Ashcroft, fyzik z Cornell University, předpověděl, že kovová fáze vodíku by mohla být supravodivá, tedy vést elektřinu bez jakýchkoli tepelných ztrát a při teplotách výrazně nad 0 °C. To samo o sobě by ušetřilo třetinu elektřiny, která se dnes ztrácí při přenosu a v důsledku zahřívání všech elektronických zařízení.

Za normálního tlaku v plynném, kapalném a pevném skupenství (vodík kondenzuje při 20 K a tuhne při 14 K) tento prvek nevede elektřinu, protože se atomy vodíku spojují do molekulárních párů a vyměňují si své elektrony. Není tedy dostatek volných elektronů, které v kovech tvoří vodivý pás a jsou nositeli proudu. Pouze silné stlačení vodíku za účelem zničení vazeb mezi atomy teoreticky uvolní elektrony a z vodíku udělá vodič elektřiny a dokonce i supravodič.

Vodík stlačený do kovového tvaru mezi diamanty

Posloužit by mohla i nová forma vodíku raketové palivo s výjimečným výkonem. „Produkce kovového vodíku vyžaduje obrovské množství energie,“ vysvětluje profesor. Stříbrný. "Když se tato forma vodíku přemění na molekulární plyn, uvolní se velké množství energie, což z něj dělá nejvýkonnější raketový motor, který lidstvo zná."

Specifický impuls motoru běžícího na toto palivo bude 1700 sekund. V současnosti se běžně používá vodík a kyslík a specifický impuls takových motorů je 450 sekund. Podle vědce nové palivo umožní naší kosmické lodi dostat se na oběžnou dráhu s jednostupňovou raketou s větším nákladem a umožní jí dostat se na další planety.

Kovový vodíkový supravodič pracující při pokojové teplotě by zase umožnil budovat vysokorychlostní dopravní systémy využívající magnetickou levitaci, zvýšil by účinnost elektrických vozidel a účinnost mnoha elektronických zařízení. Revoluce dojde také na trhu skladování energie. Jelikož supravodiče mají nulový odpor, bylo by možné energii ukládat do elektrických obvodů, kde cirkuluje, dokud není potřeba.

Buďte opatrní s tímto nadšením

Tyto světlé vyhlídky však nejsou zcela jasné, protože vědci musí ještě ověřit, zda je kovový vodík stabilní za normálních podmínek tlaku a teploty. Zástupci vědecké obce, které média oslovila s vyjádřením, jsou skeptičtí nebo v lepším případě rezervovaní. Nejčastějším postulátem je opakování experimentu, protože jeden domnělý úspěch je... jen domnělý úspěch.

Malý kousek kovu je v tuto chvíli vidět pouze za zmíněnými dvěma diamantovými kovadlinami, které sloužily ke stlačování kapalného vodíku při teplotách hluboko pod bodem mrazu. Je předpověď prof. Bude Silvera a jeho kolegové skutečně pracovat? Podívejme se v blízké budoucnosti, jak experimentátoři hodlají postupně snižovat tlak a zvyšovat teplotu vzorku, aby to zjistili. A přitom doufají, že se vodík prostě... nevypaří.