Intrarea într-o reacție chimică, hidrogen dă electroni și încărcat pozitiv, același lucru se întâmplă cu metalul. Dar acesta din urmă este o caracteristică esențială care poate fi, și este singurul obstacol pentru conversia hidrogenului în metal. Secretul constă într-o rețea cristalină, atomii de metal sunt aranjate în ea ca portocale din magazin fereastra de fructe. Astfel de atomi de proximitate una față de alta și relativă distanță de electroni nucleare exterioare nuclei proprii duce la faptul că electronii părăsi cu ușurință atomii lor și rătăcească la întâmplare de la un atom la altul. Destul de o poziție diferită în gazul de hidrogen, în cazul în care distanța dintre atomii din sute de ori mai mult, iar electronii sunt puternic legați la nucleu.
Este această diferență în structura substanțelor și a atras atenția știință englez Dzhon Bernal. Un cont de discuția este extrem de logic. Pentru conversia substanței în metal este necesară pentru a atinge de ambalare aproape de atomi. Prin urmare, orice substanță care este foarte comprimat, poate fi din metal cum ar fi - că această idee a devenit baza pentru ipoteza prezentată de el în 1925. Câțiva ani mai târziu, oamenii de știință E. Wigner și J. Hantinton a făcut calculele de presiune necesare. Sa constatat că hidrogenul, presurizat la 1000 atm. distanțele interatomice sunt reduse doar la 10 timp comprimat la 1 Mill. atm. - 100 de ori, și se apropie de distanțele dintre atomii din rețeaua cristalină. hidrogen metalic, teoreticienii au ajuns la concluzia, pot fi obținute la o presiune de 1 până la 2.6 Mill. Atm. O astfel de sarcină care le-au stabilit pentru ingineri. Dar era în echipamentul 30 nu a fost în măsură să ajungă la piatra de hotar de o astfel de presiune ridicată, iar ideea de hidrogen metalic ar putea aștepta doar în aripi.
Un reper important în istoria de hidrogen intră în 1968 ani, când fizicianul T. Schneider a sugerat că hidrogenul metalic trebuie să fie la temperatura normală supraconductor. Ecourile articolul său nu se oprește până în prezent în campanie, noi echipe de cercetători au plecat de hidrogen metalic. Toate sunt că dificultățile de la primirea acestuia este încă mare, dar a fost prea tentant perspectiva de a deține acest „Pasarea de foc“. În țara noastră, numai liniile de transport sunt acum cheltuite atât de multă energie încât o simplă înlocuire a supraconductor de cupru este echivalent cu punerea în funcțiune două cele mai mari centrale hidroelectrice din lume. Și dacă faci o supraconductoare înfășurări de mașini electrice, în lor. N. D. se va apropia de cel drag.
La proiectarea magneți superconductori o astfel de supraconductor va dispărea necesitatea foarte complexe pentru a opera sisteme criogenice. Într-adevăr, în cazul încălcării superconductibilitatii stocate în bobinajul de energie electrică este transformată în căldură și acest lucru duce adesea la o explozie a întregului sistem. hidrogen metalic ar putea servi drept combustibil excelent pentru rachete în valoare calorică, este mai mult de trei ori mai mare decât benzina. Și dacă mașinile cu hidrogen vor lucra, se va acționa pe ordinea de zi de la ultima problema poluării aerului, vaporii de apă va fi singurul din gazele de eșapament.
Beneficiile de hidrogen metalic sunt evidente, dar poate da oamenilor de știință tehnologia de înaltă presiune? În anii 70 ai mass-media cele mai puternice ultimul secol asigură o presiune de până la 700 mii. Atm. dar nu este nici măcar în presă, și în materialul care ar putea rezista la astfel de presiuni ridicate. carbură de wolfram și utilizate în prezent pentru camerele de înaltă presiune, deja la 400 mii. Atm. înoată ca untul într-o tigaie. Din nou, cuvântul oamenilor de știință: materialul va fi - va exista un metal și hidrogen.
Oamenii de stiinta americani in acelasi anii '70 gigant a decis să primească presiune, fără să mai aștepte pentru materialul și utilizând comprimarea instantanee a unui implozie puternic câmp magnetic. Metoda este relativ simplă. Tubul de cupru de aproximativ 2,5 cm în diametru turnat hidrogen lichid și infunda capetele sale polimetilmetacrilat - plexiglass ordinare. Tubul a fost plasat într-un tub din oțel inoxidabil de aproximativ 10 cm în diametru și de a crea un vid înalt în acesta. Tubul-in-tub este plasat într-un container special cu un exploziv și întregul sistem este inclus în bobina de inducție de mare putere. Când un curent este trecut în spațiul dintre tuburile există un câmp magnetic puternic, care este comprimat de explozie instantaneu la centrul tubului și creează o presiune enormă. Conform calculelor, hidrogenul lichid trebuie să fie comprimat la 1/5 din volumul inițial, aceasta poate duce la conversia hidrogenului lichid în metal, în cazul în care dispozitivele electronice au timp să înregistreze scurt moment al existenței sale. Altfel, care va face o explozie, este clar - nu va lăsa o urmă a ceea ce poate fi un metal și hidrogen. Cu toate acestea, obținerea metalic mod hidrogen îndoielnic, deoarece căldura generată ca urmare a retentiei de natură explozivă, poate crește în mod semnificativ nivelul tranziției de hidrogen lichid în metal. În loc de 1-2 milioane calculat. Atm. Este nevoie de mult mai multă presiune, iar experimentele preliminare au arătat că metoda dă un pic mai mult de un milion de atmosfere.
Până când se creează echipamente sub presiune inalta, hidrogen metalic găsit, astronomii și astrofizicienii. Ei au declarat că cauza minore modifică orbitele lui Jupiter si Saturn sunt unele perturbatii interne, datorită compoziției chimice a planetelor. Deoarece presiunea la adâncimi lor în milioane de atmosfere, este firesc să presupunem existența metalului în aceste condiții de hidrogen. Dar, judecând după cantități schimba orbite, Saturn si Jupiter, cel puțin jumătate ar trebui să constea din hidrogen metalic.
Acest lucru înseamnă că există hidrogen metalic în natură, dar rămâne încă un mister. Are el întoarce înapoi la gaz atunci când presiunea este eliberată?
Sursa: 1971 UT, №7
Ce poate da astăzi tehnologie de înaltă presiune? Informațiile bune pot fi găsite pe această resursă. Mai jos am evidențiat cele mai importante (în opinia mea) parte.
Pentru presiuni ultrahigh utilizate în mod obișnuit astăzi sau nicovale diamant (compresie statică) sau metode de sablare (compresie dinamică).
Diamond dispozitiv nicovală este destul de simplu și mici (dar costă 10 000 $). Două diamant mărginește mod special (dar este foarte dificil) și între suprafețele lor centrale plane în cavitatea unui eșantion. Cavitatea este necesar să aibă o garnitură metalică. După pietrele sunt stoarse, presiunea asupra eșantionului este valabilă, invers proporțională cu partea inferioară plană pătrat de diamant, diametrul care 20 până la 600 microni.
Lucrul cu hidrogen este foarte dificil. El nu numai că pătrunde fizic garnitura de metal și o face casantă, dar, de asemenea, se alăture cu el într-o reacție chimică, formând hidruri. Comprimat la o anumită presiune, hidrogenul trece în stare cristalină molecular, transformându-se într-o substanță destul de neobișnuită. Acest lucru se datorează probabil proprietăților moleculei de hidrogen este atât de ușor încât chiar și în stare solidă cristalină la presiuni scăzute molecule continua să se rotească.
Pe parcursul ultimul sfert de secol după inventarea nicovale diamant sistemic cercetătorii au studiat proprietățile hidrogenului solid până la o presiune de 2 Mill. Atm. (Acest din urmă un record 3,75 milioane. Atm.). Oamenii de știință știu acum că chiar și la aceste presiuni, există cel puțin trei faze de hidrogen metalic, și fiecare dintre ele face ca izolator de tranziție - metal la valoarea presiunii. Unul la 1,6 milioane. Atm. când celelalte faze rămâne încă un izolator. date teoretice recente dă speranța că tot hidrogenul va intra în faza metalica la 4 Mill. Atm (la 0 c. K).
Din nou, rămâne întrebarea dacă, în acest caz, atomii de hidrogen din partea stângă sau în dezintegreaza stat moleculare. Este cunoscut faptul că „colegii“ hidrogen asupra proprietăților brom și iod devin conductori la presiune ridicată este în procesul de topire, adică, în formă atomică. Pe de altă parte, există dovezi că experimentele statice obținute la presiuni de hidrogen este, în principiu în formă de molecule.
Un proces mult mai eficient pentru producerea de metoda blast de înaltă presiune atunci când experimentatori lovesc celula de probă cu plăci metalice sau cu jet de gaz, accelerate la viteze hipersonice. Există acum o singură instalație de compresie șoc, în care hidrogenul poate fi comprimat la 10 Mill. Atm.
În momentul impactului, atunci când presiunea atinge milioane de atmosfere, hidrogenul este încălzit în mod inevitabil la mii de grade Kelvin si trece in stare lichida. Oamenii de știință încearcă să dau seama cum de a reduce temperatura în experiment, dar până în prezent este încă o mie de grade. Mai mult decât atât, prin microsecunde când se termină acțiunea undei de șoc, devenind hidrogen gazos din nou, astfel încât o măsură este foarte dificilă.
Cu toate acestea, rezolvarea problemei bombei atomice, oamenii de știință au învățat să facă față cu ea. Dinamice experimente, măsurarea probei prosvechivaya densității hidrogenului prin raze X, sau a considerat că există, pe baza semnalelor de la senzori optici și electrice. Astfel, presiunea în aceste experimente, valoarea calculată.
Ultimul record de 15 milioane de euro. Atm. Presiunile ridicate atinse oameni de știință din Lawrence Livermore National Laboratory (SUA), și în România, cercetătorii de la Institutul National de Cercetare de Fizică Experimentală (Sarov) și Institutul de Chimie Fizica Probleme de RAS (Chernogolovka).
Prin măsurarea rezistenței în experimente dinamice, cercetătorii au văzut că hidrogenul devine un conductor cu o conductivitate de aproape ca un metal lichid. Cu toate acestea, această conductivitate este încă dependentă slab de temperatură, ceea ce indică faptul că hidrogenul nu are metal. Oamenii de știință descriu starea de hidrogen care sunt observate in experimente dinamice ca „mediu unordered efectuarea“ (dezordonat, deoarece temperaturile sunt prea mari) sau „cu plasmă densă de temperatură scăzută non-ideal“ și efect care apare „presiune ionizare“ conductivitate.
Așa că hidrogenul metalic într-o stare stabilă pentru a obține până în prezent nu a reușit.