Metaalwaterstof sal die gesig van tegnologie verander – totdat dit verdamp

In die smee van die XNUMXste eeu word nie staal of selfs titanium of legerings van seldsame aardelemente gesmee nie. In vandag se diamantaambeelde met 'n metaalglans het geskyn wat ons steeds ken as die mees ontwykende van gasse ...

Waterstof in die periodieke tabel is boaan die eerste groep, wat slegs alkalimetale insluit, dit wil sê litium, natrium, kalium, rubidium, sesium en frankium. Dit is nie verbasend nie dat wetenskaplikes lankal gewonder het of dit ook sy metaalvorm het. In 1935 was Eugene Wigner en Hillard Bell Huntington die eerste wat voorwaardes voorgestel het waaronder waterstof kan metaalagtig word. In 1996 het die Amerikaanse fisici William Nellis, Arthur Mitchell en Samuel Weir by Lawrence Livermore Nasionale Laboratorium berig dat waterstof per ongeluk in die metaaltoestand geproduseer is met 'n gasgeweer. In Oktober 2016 het Ranga Diaz en Isaac Silvera aangekondig dat hulle daarin geslaag het om metaalwaterstof teen 'n druk van 495 GPa (ongeveer 5 × 10) te bekom.⁶ atm) en by 'n temperatuur van 5,5 K in 'n diamantkamer. Die eksperiment is egter nie deur die skrywers herhaal nie en is nie onafhanklik bevestig nie. gevolglik bevraagteken 'n deel van die wetenskaplike gemeenskap die geformuleerde gevolgtrekkings.

Daar is voorstelle dat metaalwaterstof in vloeibare vorm onder hoë gravitasiedruk kan wees. binne reuse-gasplanetesoos Jupiter en Saturnus.

Einde Januarie vanjaar het ’n groep prof. Isaac Silveri van Harvard Universiteit het berig dat metaalwaterstof in die laboratorium vervaardig is. Hulle het die monster aan 'n druk van 495 GPa in diamant "aambeelde" onderwerp, waarvan die molekules die gas H vorm₂ gedisintegreer, en 'n metaalstruktuur wat uit waterstofatome gevorm word. Volgens die skrywers van die eksperiment, die gevolglike struktuur metastabielewat beteken dit bly metaalagtig selfs nadat die uiterste druk opgehou het.

Daarbenewens, volgens wetenskaplikes, sou metaalwaterstof wees hoë temperatuur supergeleier. In 1968 het Neil Ashcroft, ’n fisikus aan die Cornell-universiteit, voorspel dat die metaalfase van waterstof supergeleidend kan wees, dit wil sê, elektrisiteit gelei sonder enige hitteverlies en by temperature ver bo 0°C. Dit alleen sal 'n derde van die elektrisiteit bespaar wat vandag in transmissie en as gevolg van die verhitting van alle elektroniese toestelle verlore gaan.

Onder normale druk in gasvormige, vloeibare en vaste toestand (waterstof kondenseer by 20 K en stol by 14 K), gelei hierdie element nie elektrisiteit nie, want waterstofatome kombineer in molekulêre pare en ruil hulle elektrone uit. Daarom is daar nie genoeg vrye elektrone wat in metale 'n geleidingsband vorm en stroomdraers is nie. Slegs 'n sterk saampersing van waterstof om bindings tussen atome te vernietig stel teoreties elektrone vry en maak waterstof 'n geleier van elektrisiteit en selfs 'n supergeleier.

Waterstof saamgepers in 'n metaalvorm tussen diamante

'n Nuwe vorm van waterstof kan ook dien vuurpylbrandstof met uitsonderlike werkverrigting. "Dit verg 'n groot hoeveelheid energie om metaalwaterstof te produseer," verduidelik die professor. Silwer. "Wanneer hierdie vorm van waterstof in 'n molekulêre gas omgeskakel word, word baie energie vrygestel, wat dit die kragtigste vuurpylenjin maak wat aan die mensdom bekend is."

Die spesifieke impuls van 'n enjin wat op hierdie brandstof loop, sal 1700 sekondes wees. Tans word waterstof en suurstof algemeen gebruik, en die spesifieke impuls van sulke enjins is 450 sekondes. Volgens die wetenskaplike sal die nuwe brandstof ons ruimtetuig in staat stel om met ’n enkelstapvuurpyl met ’n groter loonvrag ’n wentelbaan te bereik en dit ander planete te laat bereik.

Op sy beurt sal 'n metaalwaterstof-supergeleier wat by kamertemperatuur werk dit moontlik maak om hoëspoedvervoerstelsels te bou deur magnetiese levitasie te gebruik, sal die doeltreffendheid van elektriese voertuie en die doeltreffendheid van baie elektroniese toestelle verhoog. Daar sal ook 'n rewolusie in die energiebergingsmark wees. Aangesien supergeleiers geen weerstand het nie, sou dit moontlik wees om energie in elektriese stroombane te stoor, waar dit sirkuleer totdat dit nodig is.

Wees versigtig met hierdie entoesiasme

Hierdie blink vooruitsigte is egter nie heeltemal duidelik nie, aangesien wetenskaplikes nog moet verifieer dat metaalwaterstof stabiel is onder normale toestande van druk en temperatuur. Verteenwoordigers van die wetenskaplike gemeenskap, wat deur die media vir kommentaar genader is, is skepties of, op sy beste, terughoudend. Die mees algemene postulaat is om die eksperiment te herhaal, want een veronderstelde sukses is ... net 'n veronderstelde sukses.

Op die oomblik kan 'n klein stukkie metaal net agter die bogenoemde twee diamantaambeelde gesien word, wat gebruik is om vloeibare waterstof by temperature ver onder vriespunt saam te pers. Is die voorspelling van prof. Sal Silvera en sy kollegas werklik werk? Kom ons kyk in die nabye toekoms hoe die eksperimenteerders van plan is om die druk geleidelik te verminder en die temperatuur van die monster te verhoog om uit te vind. En deur dit te doen, hoop hulle dat die waterstof net... nie verdamp nie.