Väte

Den monatomiska formen av väte är den vanligaste kemiska substansen i universum och står för cirka 75% av den totala baryonmassan . Stjärnor, förutom kompakta sådana , består huvudsakligen av väteplasma . Det lättaste av grundämnena i det periodiska systemet.

Tre isotoper av väte har sina egna namn : 1 H -protium , 2 H -deuterium och 3 H -tritium ( radioaktivt ). Kärnan i den vanligaste isotopen, protium, består av endast en proton och innehåller inga neutroner .

Vid standardtemperatur och -tryck är väte en färglös, luktfri och smaklös , ogiftig diatomisk gas (kemisk formel - H 2 ), som, när den blandas med luft eller syre, är brännbar och extremt brandfarlig och explosiv [3] . I närvaro av andra oxiderande gaser, såsom fluor eller klor , är väte också explosivt. Eftersom väte lätt bildar kovalenta bindningar med de flesta icke-metaller , finns det mesta av vätet på jorden i molekylära föreningar som vatten eller organiskt material . Väte spelar en särskilt viktig roll i syra-bas-reaktioner .

Låt oss lösa upp i etanol och ett antal metaller : järn , nickel , palladium , titan , platina , niob .

Upptäcktshistorik

Frigörandet av brännbar gas under växelverkan mellan syror och metaller observerades på 1500- och 1600-talen vid gryningen av bildandet av kemi som vetenskap. Väte erhölls först av Paracelsus genom att sänka ner järnspån i svavelsyra på 1500-talet.

1671 beskrev Robert Boyle i detalj reaktionen mellan järnspån och utspädda syror, där vätgas frigörs [7] [8] .

År 1766 var Henry Cavendish den första att känna igen vätgas som ett individuellt element, och kallade gasen som frigörs genom reaktionen av en metall med syra för "brännbar luft". Han föreslog att "brännbar luft" var identisk med en hypotetisk substans som kallas " phlogiston " och fann 1781 att när den brändes bildades vatten [9] [10] .

Mikhail Lomonosov pekade också direkt på frigörandet av väte , men han förstod redan att detta inte var flogiston .

Den franske kemisten Antoine Lavoisier , tillsammans med ingenjören Jean Meunier , med hjälp av speciella gasometrar, utförde 1783 syntesen av vatten och sedan dess analys, och sönderdelade vattenånga med glödhett järn. Så han slog fast att "brännbar luft" är en del av vattnet och kan erhållas från det.

Namnets ursprung

Lavoisier gav väte namnet hydrogène (från annan grekisk ὕδωρ - vatten och γεννάω - Jag föder) - "föder vatten." År 1801 kallade en anhängare till Lavoisier, akademikern Vasily Severgin , det "vattenhaltigt ämne", skrev han [11] :

Ett vattenhaltigt ämne i kombination med ett surt ämne bildar vatten. Detta kan bevisas både genom resolution och genom utkast.

Det ryska namnet "väte" föreslogs av kemisten Mikhail Solovyov 1824 - i analogi med Lomonosovs " syre " .

Prevalens

I universum

Väte är för närvarande det vanligaste grundämnet i universum [12] . Den står för cirka 88,6% av alla atomer (cirka 11,3% är heliumatomer , andelen av alla andra element tillsammans är cirka 0,1%) [13] . Väte är alltså huvudkomponenten i stjärnor och interstellär gas . Den utbredda förekomsten av atomärt väte inträffade först under rekombinationens era .

Under förhållanden med stjärntemperaturer (till exempel, solens yttemperatur är ~6000 °C), finns väte i form av plasma , i det interstellära rymden finns detta element i form av individuella molekyler , atomer och joner och kan bilda molekyler moln som skiljer sig markant i storlek, densitet och temperatur.

Jordskorpan och levande organismer

Massfraktionen av väte i jordskorpan är 1% - detta är det tionde vanligaste grundämnet. Dess roll i naturen bestäms dock inte av massan, utan av antalet atomer, vars andel bland andra element är 17% (andra plats efter syre , vars andel atomer är ~52%). Därför är betydelsen av väte i de kemiska processer som sker på jorden nästan lika stor som syre.

Till skillnad från syre, som finns på jorden i både bundet och fritt tillstånd, är praktiskt taget allt väte på jorden i form av föreningar; endast en mycket liten mängd väte i form av ett enkelt ämne finns i atmosfären (0,00005 volymprocent för torr luft [14] [15] ).

Väte är en del av nästan alla organiska ämnen och finns i alla levande celler, där väte står för nästan 63 % av antalet atomer [16] .

Får

Inom industrin

Från och med 2019 förbrukas 75 miljoner ton väte i världen, främst inom oljeraffinering och ammoniakproduktion . Av dessa produceras mer än 3/4 av naturgas , för vilken mer än 205 miljarder m 3 gas förbrukas [17] . Nästan allt annat är gjort av kol. Cirka 0,1 % (~100 tusen ton) produceras genom elektrolys. Under produktionen av väte kommer ~830 miljoner ton CO 2 ut i atmosfären . Kostnaden för väte som produceras av naturgas uppskattas till 1,5-3 USD per 1 kg.

Metanomvandling med ånga vid 1000 °C:

{\ce {CH4 + H2O <=> CO + 3H2}}

Att leda vattenånga över het koks vid en temperatur av cirka 1000 °C:

{\ce {H2O + C <=> CO ^ + H2 ^}}

Elektrolys av vattenlösningar av salter:

{\ce {2NaCl + 2H2O -> 2NaOH + Cl2 ^ + H2 ^))

Elektrolys av vattenlösningar av hydroxider av aktiva metaller (huvudsakligen kaliumhydroxid ) [ 18] (eng.)

{\ce {2H2O ->[4e^{-}] 2H2 ^ + O2 ^))

Dessutom finns en industriell teknik för elektrolys av kemiskt rent vatten, utan användning av några tillsatser. I själva verket är enheten en reversibel bränslecell med eller utan ett fast polymermembran [18] http://kyivtoulouse.univ.kiev.ua/journal/index.php/fruajc/article/view/201 Arkiverad kopia från 5 februari , 2020 på Wayback Machine .

Katalytisk oxidation av metan med syre:

{\ce {2CH4 + O2 <=> 2CO + 4H2}}

Krackning och reformering av kolväten i processen för oljeraffinering.

I laboratoriet

Verkan av utspädda syror på metaller . För att utföra en sådan reaktion används zink och utspädd svavelsyra oftast :

{\ce {Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2 ^}}

Interaktion mellan kalcium och vatten :

{\ce {Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2 ^))

Hydrolys av hydrider :

{\ce {NaH + H2O -> NaOH + H2 ^}}

Effekten av alkalier på zink eller aluminium :

{\ce {2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ^}}

{\ce {Zn + 2KOH + 2H2O -> K2[Zn(OH)4] + H2 ^}}

Med hjälp av elektrolys . Under elektrolysen av vattenhaltiga lösningar av alkalier eller syror frigörs väte vid katoden , till exempel:

{\ce {2H3O+ + 2e- -> 2H2O + H2 ^}}

Rening

Inom industrin har flera metoder implementerats för att rena väte från vätehaltiga råvaror (den så kallade vätehaltiga gasen - HCG) [19] .

Lågtemperaturkondensering : HSG kyls till kondenseringstemperaturerna för metan och etan , varefter vätet separeras genom destillation . Processen utförs vid en temperatur på -158 ° C och ett tryck på 4 MPa . Renheten hos renat väte är 93–94 % vid dess koncentration i den initiala HSG upp till 40 %.
Adsorptiv separation på zeoliter : denna metod är den överlägset vanligaste i världen. Metoden är ganska flexibel och kan användas både för väteextraktion från HSG och för ytterligare rening av redan renat väte. I det första fallet utförs processen vid tryck på 3,0-3,5 MPa . Graden av väteextraktion är 80–85 % med en renhet på 99 %. I det andra fallet används ofta Union Carbides PSA-process . Det kommersialiserades första gången 1978. För närvarande är mer än 250 enheter i drift från 0,6 till 3,0 miljoner m 3 H 2 /dag. Väte med hög renhet bildas - 99,99%.
Absorptiv extraktion med flytande lösningsmedel : Denna metod används sällan, även om väte erhålls med en hög renhet på 99,9 %.
Koncentration av väte på membran : På de bästa proverna gör metoden det möjligt att erhålla väte med en renhet på 95-96 %, men produktiviteten i sådana installationer är låg.
Selektiv absorption av väte av metaller : Metoden är baserad på förmågan hos legeringar av lantan med nickel , järn med titan , zirkonium med nickel och andra att absorbera upp till 30 volymer väte.

Kostnad

Kostnaden för väte för stora grossistleveranser varierar från 2–7 USD /kg [20] . I små mängder transporteras den i stålcylindrar av grön eller mörkgrön färg.

Fysiska egenskaper

Väte är den lättaste gasen: den är 14,5 gånger lättare än luft. Därför tenderar till exempel såpbubblor fyllda med väte uppåt i luften [21] . Ju mindre massa molekyler är, desto högre hastighet vid samma temperatur. Som den lättaste rör sig vätemolekyler snabbare än molekylerna i någon annan gas, på grund av vilket de kan överföra värme från en kropp till en annan snabbare. Det följer att väte har den högsta värmeledningsförmågan bland gasformiga ämnen. Dess värmeledningsförmåga är cirka 7 gånger högre än luftens.

Vätemolekylen är diatomisk - H 2 . Under normala förhållanden är det en färglös, luktfri och smaklös gas. Densitet 0,08987 g / l ( n.a. ), kokpunkt −252,76 ° C, specifik förbränningsvärme 120,9⋅10 6 J / kg , lätt löslig i vatten - 18,8 ml / l vid n.a. Vätets löslighet i vatten ökar med ökande tryck och minskar med ökande temperatur.

Väte är mycket lösligt i många metaller ( Ni , Pt , Pd , etc.), speciellt i palladium (850 volymer H 2 per 1 volym Pd). Relaterat till lösligheten av väte i metaller är dess förmåga att diffundera genom dem; diffusion genom en kolhaltig legering (till exempel stål) åtföljs ibland av att legeringen förstörs på grund av interaktionen mellan väte och kol (den så kallade dekarboniseringen). Praktiskt taget olöslig i silver .

Flytande väte finns i ett mycket smalt temperaturområde från -252,76 till -259,2 °C. Det är en färglös vätska, mycket lätt ( densitet vid -253 °C 0,0708 g / cm³ ) och vätska ( viskositet vid -253 °C 13,8 cP ). De kritiska parametrarna för väte är: temperatur -240,2 °C, tryck 12,8 atm , kritisk densitet 0,0312 g/cm³ och kritisk volym 66,95-68,9 cm³/mol ( 0,033 m³/kg ). De angivna värdena för de kritiska parametrarna förklarar svårigheterna med flytande väte.

I flytande tillstånd består jämviktsväte av 99,79 % para-H 2 , 0,21 % orto-H 2 .

Fast väte , smältpunkt -259,2 ° C, densitet 0,0807 g / cm³ (vid -262 ° C) - snöliknande massa, hexagonala kristaller , rymdgrupp P6 / mmc, cellparametrar a \ u003d 0,378 nm och c \ u003d 0 . 6167 nm .

Metalliskt väte

1935 föreslog Winger och Huntington att vid tryck över 250 000 atm kunde väte bli metalliskt . Att få detta ämne i ett stabilt tillstånd öppnade mycket frestande möjligheter för dess användning - trots allt skulle det vara en ultralätt metall, en komponent av lätt och energikrävande raketbränsle. 2014 fann man att vid ett tryck på cirka 1,5–2,0 miljoner atm börjar väte absorbera infraröd strålning , vilket innebär att vätemolekylernas elektronskal är polariserade . Kanske, vid ännu högre tryck, kommer väte att förvandlas till en metall [22] . 2017 kom en rapport om en möjlig experimentell observation av övergången av väte till ett metalliskt tillstånd under högt tryck [23] [24] .

Spin-isomerer

Molekylärt väte finns i två spinnformer (modifieringar): ortoväte och paraväte . Modifieringar skiljer sig något i fysikaliska egenskaper, optiska spektra och även i neutronspridningsegenskaper. I ortovätemolekylen o -H 2 ( smp . -259,10 ° C, bp. -252,56 ° C) är kärnornas spinn parallella, och i paraväte p -H 2 (smp. -259,32 °C, bp -252,89 °C) är motsatta (antiparallella). En jämviktsblandning av o -H 2 och p -H 2 vid en given temperatur kallas jämviktsväte e -H 2 .

Spin-isomererna av väte kan separeras genom adsorption på aktivt kol vid flytande kvävetemperatur . Vid mycket låga temperaturer förskjuts jämvikten mellan ortoväte och paraväte nästan helt mot paraväte, eftersom paramolekylens energi är något lägre än ortomolekylens energi. Vid 80 K är modifikationsförhållandet ungefär 1:1. Paraväte som desorberats från kol omvandlas till ortoväte vid upphettning för att bilda en jämviktsblandning. Vid rumstemperatur finns en jämviktsblandning av ortoväte och paraväte i förhållandet ca 75:25 [25] . Utan katalysator sker omvandlingen relativt långsamt, vilket gör det möjligt att studera egenskaperna hos båda modifikationerna. Under förhållanden i ett försålt interstellärt medium är den karakteristiska tiden för övergång till en jämviktsblandning mycket lång, upp till kosmologiska.

Isotoper

Tre isotoper av väte är mest kända: protium 1 H (atomkärna - proton ), deuterium 2 H (kärnan består av en proton och en neutron ) och tritium 3 H (kärnan består av en proton och två neutroner). Dessa isotoper har sina egna kemiska symboler: protium - H, deuterium - D, tritium - T.

Protium och deuterium är stabila. Innehållet av dessa isotoper i naturligt väte är 99,9885 ± 0,0070 % respektive 0,0115 ± 0,0070 % [26] . Det kan variera något beroende på källan och metoden för att erhålla väte. Tritium är instabilt, genomgår beta-sönderfall med en period av 12,32 år och förvandlas till stabil helium-3 [26] . Tritium förekommer i naturen i spårmängder, som huvudsakligen bildas genom interaktion av kosmisk strålning med stabila kärnor, genom infångning av termiska neutroner av deuterium och genom interaktion av den naturliga isotopen av litium-6 med neutroner som genereras av kosmiska strålar.

Tunga radioaktiva isotoper av väte med massatal 4–7 och halveringstider 10–21–10–23 s har också erhållits på konstgjord väg [ 26 ] .

Naturligt molekylärt väte består av H 2 och HD (deuterohydrogen) molekyler i förhållandet 3200:1. Innehållet av molekyler från rent deuterium D 2 i den är ännu mindre, förhållandet mellan koncentrationerna av HD och D 2 är ungefär 6400:1.

Av alla isotoper av kemiska grundämnen skiljer sig de fysikaliska egenskaperna hos väteisotoper mest från varandra. Detta beror på den största relativa förändringen i atommassorna [27] .

	Smältpunkt , K	Kokpunkt , K	trippelpunkt _		kritisk punkt		Densitet, kg/m³
	Smältpunkt , K	Kokpunkt , K	T , K	P , kPa	T , K	P , MPa	flytande	gas
H2 _	13,96	20.39	13,96	7.3	32,98	1,31	70,811	1,316
HD	16.65	22.13	16.6	12.8	35,91	1,48	114,0	1,802
HT		22,92	17,63	17.7	37,13	1,57	158,62	2,31
D2 _	18.65	23,67	18,73	17.1	38,35	1,67	162,50	2.23
DT		24.38	19,71	19.4	39,42	1,77	211,54	2,694
T2 _	20,63	25.04	20,62	21.6	40,44	1,85	260,17	3,136

Molekyler av rent protium, deuterium och tritium kan existera i två allotropa modifikationer (som skiljer sig åt i den inbördes orienteringen av kärnornas spinn ) - orto- och paraväte: o -D 2 , p -D 2 , o -T 2 , p - T 2 . Vätemolekyler med andra isotopsammansättningar (HD, HT, DT) har inte orto- och paramodifikationer.

Isotopers egenskaper

Egenskaper för väteisotoper presenteras i tabellen [26] [28] .

Isotop	Z	N	Mässa, a. äta.	Halva livet	Snurra	Innehåll i naturen, %	Förfallstyp och energi
1H _	ett	0	1,007 825 032 07(10)	stabil	1⁄2 + _ _	99,9885(70)
2H _	ett	ett	2,014 101 777 8(4)	stabil	1+ _	0,0115(70)
3H _	ett	2	3,016 049 277 7(25)	12.32(2) år	1⁄2 + _ _		β −	18,591(1) keV
4H _	ett	3	4,027 81(11)	1,39(10)⋅10 −22 s	2 −		-n	23,48(10) MeV
5H _	ett	fyra	5,035 31(11)	mer än 9,1⋅10 −22 s	( 1⁄2 + ) _ _		-nn	21,51(11) MeV
6H _	ett	5	6.044 94(28)	2,90(70)⋅10 −22 s	2 −		-3n	24,27(26) MeV
7H _	ett	6	7 052 75(108)	2,3(6)⋅10 −23 s	1⁄2 + _ _		-nn	23.03(101) MeV

Standardavvikelsen för värdet i enheter för den sista siffran i motsvarande nummer anges inom parentes.

Egenskaperna hos 1H - kärnan gör det möjligt att i stor utsträckning använda NMR- spektroskopi vid analys av organiska ämnen.

Kemiska egenskaper

Vätemolekyler är tillräckligt starka, och för att väte ska reagera måste mycket energi förbrukas:

{\ce {H2->2H-432{\text{kJ))))

Därför manifesteras oxidationsförmågan hos väte i reaktioner med aktiva metaller, som regel vid förhöjda temperaturer och tryck. Vid vanliga temperaturer reagerar väte endast med mycket aktiva metaller, såsom kalcium , för att bilda kalciumhydrid :

{\ce {Ca + H2 -> CaH2))

och med det enda icke-metalliska fluoret som bildar vätefluorid :

{\ce {F2 + H2 -> 2HF}}

Väte reagerar med de flesta metaller och icke-metaller vid förhöjda temperaturer eller under annan påverkan, till exempel vid belysning:

{\ce {O2 + 2H2 -> 2H2O}}

Den skrivna ekvationen återspeglar vätets reducerande egenskaper .

{\ce {CuO + H2 -> H2O + Cu))

Bildar vätehalogenider med halogener :

{\ce {H2 + F2 -> 2HF}}

, reaktionen fortsätter med en explosion i mörker och vid vilken temperatur som helst,

{\ce {H2 + Cl2 -> 2HCl))

, fortskrider reaktionen med en explosion, endast i ljuset.

Det interagerar med sot vid stark uppvärmning:

{\ce {C + 2H2 -> CH4}}

Interaktion med alkali- och jordalkalimetaller

När väte interagerar med aktiva metaller bildar hydrider:

{\ce {2Na + H2 -> 2NaH))

{\ce {Ca + H2 -> CaH2))

{\ce {Mg + H2 -> MgH2}}

Hydrider är saltliknande, fasta ämnen, lätt hydrolyserade:

{\ce {CaH2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + 2H2 ^}}

Interaktion med metalloxider

Metalloxider (typiskt d -element ) reduceras till metaller:

{\ce {Fe2O3 + 3H2 -> 2Fe + 3H2O}}

{\ce {WO3 + 3H2 -> W + 3H2O))

Hydrering av organiska föreningar

Molekylärt väte används i stor utsträckning i organisk syntes för reduktion av organiska föreningar. Dessa processer kallas hydreringsreaktioner . Dessa reaktioner utförs i närvaro av en katalysator vid förhöjt tryck och temperatur. Katalysatorn kan vara antingen homogen (t.ex. Wilkinson's Catalyst ) eller heterogen (t.ex. Raney-nickel , palladium på träkol).

Så i synnerhet under den katalytiska hydreringen av omättade föreningar, såsom alkener och alkyner , bildas mättade föreningar - alkaner .

{\ce {R - CH = CH - R' + H2 -> R - CH2 - CH2 - R'))

Geokemi av väte

På jorden är vätehalten lägre jämfört med solen, jätteplaneter och primära meteoriter, vilket betyder att jorden avgasades avsevärt under bildningen: huvuddelen av väte, liksom andra flyktiga grundämnen, lämnade planeten under ansamlingen eller strax efter Det. Det exakta innehållet av denna gas i sammansättningen av geosfärerna på vår planet (exklusive jordskorpan ) - astenosfären , manteln , jordens kärna - är dock okänt.

Fritt väte H 2 är relativt sällsynt i markbaserade gaser, men i form av vatten tar det en exceptionellt viktig del i geokemiska processer. Innehållet av väte i sammansättningen av vulkaniska gaser, utflödet av vissa mängder väte längs förkastningar i sprickzoner och frigörandet av denna gas i vissa kolfyndigheter är kända [29] [30] .

Väte kan finnas i mineraler i form av ammoniumjoner , hydroxyljoner och vatten .

I atmosfären bildas kontinuerligt molekylärt väte som ett resultat av nedbrytning av formaldehyd, som bildas i oxidationskedjan av metan eller andra organiska ämnen, genom solstrålning (31–67 gigaton /år), ofullständig förbränning av olika bränslen och biomassa (5–25 gigaton/år), i processen att fixera kväve av mikroorganismer från luften (3–22 gigaton/år) [31] [32] [33] .

Med en liten massa har vätemolekyler i luften en hög termisk hastighet (den är nära den andra kosmiska hastigheten) och kan, när de faller in i de övre lagren av atmosfären, för alltid flyga ut i rymden (se Försvinnande av planetariska atmosfärer ). Förlusterna uppskattas till 3 kg per sekund [34] [35] .

Försiktighetsåtgärder

Väte, när det blandas med luft , bildar en explosiv blandning - den så kallade explosiva gasen . Denna gas är mest explosiv när volymförhållandet mellan väte och syre är 2:1, eller väte och luft är cirka 2:5, eftersom luft innehåller cirka 21 % syre . Väte är också brandfarligt . Flytande väte kan orsaka allvarliga köldskador om det kommer i kontakt med huden .

Man tror att explosiva koncentrationer av väte med syre förekommer från 4 till 96 volymprocent. Vid blandning med luft från 4 till 75 (74) volymprocent. Sådana siffror förekommer nu i de flesta uppslagsverk, och de kan användas för vägledande uppskattningar. Man bör dock komma ihåg att senare studier (runt slutet av 80-talet) visade att väte i stora volymer kan vara explosivt även vid en lägre koncentration. Ju större volym, desto lägre koncentration av väte är farligt.

Källan till detta allmänt publicerade fel är att explosiviteten studerades i laboratorier på små volymer. Eftersom reaktionen av väte med syre är en kemisk kedjereaktion som fortskrider enligt mekanismen för fria radikaler, är "döden" av fria radikaler på väggarna (eller säg ytan av dammpartiklar) avgörande för att kedjan ska fortsätta . I de fall det är möjligt att skapa "gränshalter" i stora volymer (lokaler, hangarer, verkstäder) bör man tänka på att den faktiska explosiva koncentrationen kan skilja sig från 4% både uppåt och nedåt .

Applikation

Väte används idag inom många områden. Strukturen för världens väteförbrukning presenteras i följande tabell

Strukturen för världens vätekonsumtion (2007) (eng.) [36]

Ansökan	Dela med sig
Ammoniakproduktion	54 %
Oljeraffinering och kemisk industri	35 %
Elektroniktillverkning	6 %
Metallurgi och glasindustri	3 %
livsmedelsindustrin	2 %

Kemisk industri

Den kemiska industrin är den största konsumenten av väte. Cirka 50 % av världens väteproduktion går till produktion av ammoniak . Ytterligare 8 % används för metanolproduktion [37] . Ammoniak används för att tillverka plast, gödningsmedel, sprängämnen och mer. Metanol är grunden för tillverkningen av vissa plaster.

Oljeraffineringsindustrin

Vid oljeraffinering används väte i hydrokracknings- och hydrobehandlingsprocesser , vilket hjälper till att öka bearbetningsdjupet av råolja och förbättra kvaliteten på slutprodukterna. Cirka 37 % av allt väte som produceras i världen används för dessa ändamål [37] .

Livsmedels- och kosmetikindustrin _

Vid framställning av ister (fast fett framställt av vegetabiliska oljor ). Salomas är grunden för produktion av margarin , kosmetika, tvål. Väte är registrerat som livsmedelstillsats under numret E949 .

Transport

Vätgas används som bränsle för kommersiellt tillgängliga vätebränslecellsfordon : Toyota Mirai , Hyundai Nexo . Det amerikanska företaget Nikola Archived 13 februari 2020 på Wayback Machine introducerade en serie kommersiella fordon som drivs av vätgas, samt en Nikola Badger pickup med en räckvidd på 960 km [38]

Alstom lanserade det första kommersiella bränslecellståget, Coradia iLint, i Tyskland 2018, som kan färdas 1 000 km på en enda tank vätgas. Tågen kommer att göra 100 kilometer långa resor i hastigheter upp till 140 kilometer i timmen [39] .

Laboratorium

Väte används i kemiska laboratorier som bärgas vid gaskromatografi . Det finns sådana laboratorier på många företag inom livsmedels-, parfym-, metallurgisk och kemisk industri. Trots brandfarligheten hos väte anses dess användning i denna roll vara ganska säker, eftersom väte används i små mängder. Effektiviteten för väte som bärgas är bättre än heliums till en betydligt lägre kostnad [40] .

Flygindustrin

För närvarande används inte väte inom flyget. En gång i tiden var luftskepp och ballonger fyllda med väte. Men på 30-talet. 1900-talet det inträffade flera katastrofer , under vilka luftskeppen exploderade och brann. Nuförtiden är luftskepp fyllda med helium, trots dess betydligt högre kostnad.

Meteorologi

Väte används inom meteorologin för att fylla skalen på väderballonger . Väte i denna egenskap har en fördel framför helium, eftersom det är billigare. Ännu viktigare är att väte produceras direkt vid väderstationen med hjälp av en enkel kemisk generator eller genom elektrolys av vatten. Helium ska däremot levereras till väderstationen i cylindrar, vilket kan vara svårt för avlägsna platser [41] .

Bränsle

Väte används som raketbränsle . På grund av det extremt smala temperaturintervallet (mindre än 7 Kelvin) där väte förblir en vätska, används i praktiken oftare en blandning av flytande och fasta faser.

Väte-syrebränsleceller använder väte för att direkt omvandla energin från en kemisk reaktion till elektrisk energi.

Kraftindustrin

I elkraftindustrin används väte för att kyla kraftfulla elgeneratorer [42] .

Övrigt

Atomiskt väte används för atomärt vätesvetsning . Vätets höga värmeledningsförmåga används för att fylla sfärerna på gyrokompasser och glaslampor i LED- glödlampor .

Se även

Antiväte

Anteckningar

Kommentarer

↑ Området för atommassavärdena anges på grund av de olika mängderna av isotoper i naturen.

Källor

↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Grundämnenas atomvikter 2011 (IUPAC Technical Report ) // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
↑ Väte: elektronegativiteter . webbelement. Tillträdesdatum: 15 juli 2010. Arkiverad från originalet den 27 juni 2010.
↑ 1 2 Väte // Chemical Encyclopedia : i 5 volymer / Kap. ed. I. L. Knunyants . - M . : Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1: A - Darzana. - S. 400-402. — 623 sid. — 100 000 exemplar. - ISBN 5-85270-008-8 .
↑ Fedorov P.I. , Triple point, 1998 , sid. 12.
↑ Khazanova N. E. , Critical state, 1990 , sid. 543.
↑ Grundämnenas atomvikter 2021 (IUPAC Technical Report) (engelska) - IUPAC , 1960. - ISSN 0033-4545 ; 1365-3075 ; 0074-3925 - doi:10.1515/PAC-2019-0603
↑ Boyle, R. (1672). "Trakter skrivna av den ärade Robert Boyle som innehåller nya experiment som rör relationen mellan låga och luft..." London.
↑ Winter, M. Hydrogen: historisk information . WebElements Ltd (2007). Hämtad 5 februari 2008. Arkiverad från originalet 10 april 2008. (obestämd)
↑ Musgrave, A. Varför ersatte syre flogiston? Forskningsprogram i den kemiska revolutionen // Method and appraisal in the Physical Sciences (engelska) / Howson, C.. - Cambridge University Press , 1976. - (The Critical Background to Modern Science, 1800–1905).
↑ Cavendish, Henry. Tre uppsatser, innehållande experiment på Factitious Air, av Hon. Henry Cavendish , FR S (engelska) // Philosophical Transactions : journal. - 1766. - 12 maj ( vol. 56 ). - S. 141-184 . - doi : 10.1098/rstl.1766.0019 . - . — .
↑ Severgin V. M. Assay art, eller en guide till kemisk testning av metallmalmer och andra fossila kroppar. St Petersburg: Imp. AN, 1801. C. 2.
↑ [www.chemister.ru/Chemie/records.htm Guinness rekordbok för kemikalier]
↑ N. Greenwood, A. Earnshaw. Grundämnenas kemi: i 2 volymer. — BINOM. Kunskapslaboratoriet, 2008. - V. 1. - S. 11. - 607 sid. — (Den bästa utländska läroboken). - ISBN 978-5-94774-373-9 .
↑ Gribbin, John. Vetenskap. En historia (1543-2001). - L. : Penguin Books, 2003. - 648 sid. — ISBN 978-0-140-29741-6 .
↑ Källa för siffror: Koldioxid, NOAA Earth System Research Laboratory Arkiverad 25 december 2018 på Wayback Machine , (uppdaterad 2010.06) . Metan, IPCC TAR-tabell 6.1 Arkiverad 15 juni 2007 på Wayback Machine , (uppdaterad till 1998). Totalsumman för NASA var 17 ppmv över 100 %, och CO2 ökade här med 15 ppmv. För att normalisera bör N 2 reduceras med ca 25 ppmv och O 2 med ca 7 ppmv.
↑ Hornak D.P. Fundamentals of MRI . Hämtad 23 augusti 2013. Arkiverad från originalet 9 februari 2014. (obestämd)
↑ "HYDROGEN Census" Gazprom Magazine, september 2019, s. 42-43 . Hämtad 22 oktober 2019. Arkiverad från originalet 22 oktober 2019. (obestämd)
↑ 1 2 Da Rosa, Aldo Vieira. Grunderna i förnybara energiprocesser . - Amsterdam: Elsevier Academic Press, 2005. - s. 370. - xvii, 689 sidor sid. — ISBN 0120885107 .
↑ A.K. Manovyan. Teknik för bearbetning av naturliga energibärare. - Moscow: Chemistry, Kolos, 2004. - 456 s. - ISBN 5-98109-004-9 , 5-9532-0219-97.
↑ Arkady Schwartz. Hydrogen Revisited Arkiverad 30 september 2010 på Wayback Machine . Bulletin online nr 19(356) 15 september 2004.
↑ Såpbubblor med väte Arkivexemplar av 26 juli 2014 på Wayback Machine - videoupplevelse i Unified Collection of Digital Educational Resources.
↑ Oorganisk kemi. Volym 2. Kemi av intransitiva element / ed. acad. Yu. D. Tretyakova . - Moskva: Akademin, 2004. - 368 s. — ISBN 5-7695-1436-1 .
↑ Dias Ranga P. , Silvera Isaac F. Observation av Wigner-Huntington-övergången till metalliskt väte // Vetenskap. - 2017. - 26 januari ( vol. 355 , nr 6326 ). - S. 715-718 . — ISSN 0036-8075 . - doi : 10.1126/science.aal1579 .
↑ Alexey Poniatov. Tio största händelser 2017 inom fysik och astronomi. Stabilt metalliskt väte // Vetenskap och liv . - 2018. - Nr 1 . - S. 9 . (ryska)
↑ Farkas L. Orto- och paraväte. [[Framsteg i fysikaliska vetenskaper]], vol. 15, nr. 3. 1935 . Hämtad 22 september 2018. Arkiverad från originalet 22 september 2018. (obestämd)
↑ 1 2 3 4 Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH NUBASE-utvärderingen av kärn- och sönderfallsegenskaper // Kärnfysik A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
↑ Züttel A., Borgschulte A., Schlapbach L. Hydrogen as a Future Energy Carrier. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008. - ISBN 978-3-527-30817-0 .
↑ Audi G. , Wapstra AH , Thibault C. AME2003-atommassautvärderingen (II). Tabeller, grafer och referenser (engelska) // Kärnfysik A . - 2003. - Vol. 729 . - s. 337-676 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003 . - .
↑ Portnov Alexander. Vulkaner är fyndigheter av väte. Arkiverad 6 juni 2013 på Wayback Machine / Industrial Bulletin, nr 10-12, oktober-december 2010.
↑ Gresov A. I., Obzhirov A. I., Yatsuk A. V. Om frågan om väteinnehåll i kolbassängerna i Fjärran Östern / Vestnik KRAUNC. Geovetenskap. 2010, nr 1, nummer 15. S. 19-32.
↑ http://www.atmos-chem-phys.net/11/3375/2011/acp-11-3375-2011.pdf Arkiverad 21 maj 2013 på Wayback Machine En ny uppskattning av den senaste budgeten för troposfäriskt molekylärt väte med hjälp av atmosfäriska observationer och variationsinversion] doi:10.5194/acp-11-3375-2011 , 2011 “De huvudsakliga källorna till H2 är fotokemisk produktion genom omvandling av formaldehyd (HCHO) i atmosfären och ofullständiga förbränningsprocesser. Fotolys av HCHO, en produkt i oxidationskedjan av metan och andra flyktiga organiska föreningar (VOC) står för 31 till 77 Tg yr−1 och representerar hälften av den totala H2-källan. Fossila bränslen och biomassaförbränning, två ofullständiga förbränningskällor, står för liknande andelar av den globala H2-budgeten (5−25 Tg år−1). H2-utsläpp (3−22 Tg yr−1) som härrör från kvävefixering i den kontinentala och marina biosfären kompletterar källorna. H2-oxidation av fria hydroxylradikaler (OH) och enzymatisk H2-förstöring i jordar måste balansera dessa källor eftersom troposfärisk H2 inte visar en signifikant långsiktig trend (Grant et al., 2010)”
↑ Chemistry of the Natural Atmosphere Arkiverad 10 december 2017 på Wayback Machine sidorna 207-201, tabell 4.14
↑ Vätgasekonomins globala miljöpåverkan Arkiverad 5 december 2014 på Wayback Machine sida 61 tabell 1
↑ David C. Catling och Kevin J. Zahnle, The Planetary Air Leak. När jordens atmosfär långsamt sipprar ut i rymden, kommer vår planet att se ut som Venus? Arkiverad 2 februari 2014 på Wayback Machine //SCIENTIFIC AMERICAN, maj 2009
↑ Ferronsky VI, Denisik SA, Ferronsky SV Kapitel 8. Jordens globala dynamik // Jacobi Dynamics: Many-Body Problem in Integral Characteristics. - (Astrophysics and Space Science Library. Vol. 130) . - Springer Science & Business Media, 1986. - S. 296. - ISBN 9027724180 , 9789027724182.
↑ Olu Ajayi-Oyakhire. Väte – outnyttjad energi? (inte tillgänglig länk) . Institutionen för gasingenjörer och chefer . Institution of Gas Engineers and Managers (2012). Hämtad 24 mars 2018. Arkiverad från originalet 17 april 2018. (obestämd)
↑ 1 2 R. V. Radchenko, A. S. Mokrushin, V. V. Tyulpa. Väte i energi. - Jekaterinburg: Ural University Press, 2014. - S. 24. - 229 s. — ISBN 978-5-7996-1316-7 .
↑ Nikola Badger . Hämtad 14 februari 2020. Arkiverad från originalet 13 februari 2020. (obestämd)
↑ Tysklands första vätgaståg . Hämtad 14 februari 2020. Arkiverad från originalet 24 januari 2020. (obestämd)
↑ Helium - vad är den nuvarande kostnaden för laboratorier? . www.peakscientific.com. Hämtad 17 november 2015. Arkiverad från originalet 18 november 2015. (obestämd)
↑ A.A. Ivanov (utvecklingschef). Instruktioner för hydrometeorologiska poster och stationer. Utgåva 4. . Roshydromet . Roshydromet (16 juli 2003). Hämtad 24 mars 2018. Arkiverad från originalet 3 juni 2021. (obestämd)
↑ Principen för drift och design av synkronmaskiner . Hämtad 9 juni 2014. Arkiverad från originalet 13 september 2014. (obestämd)

Litteratur

Digonsky S. V., Ten V. V. Okänt väte. - St. Petersburg: Nauka, 2006. ISBN 5-02-025114-3 .
Kuzmenko N. E., Eremin V. V., Popkov V. A. Kemins början. En modern kurs för sökande till universitet: Lärobok för universitet. - M .: Förlaget "Exam", 2005.
Fedorov P. I. Trippelpunkt // Kemisk uppslagsverk . - Great Russian Encyclopedia , 1998. - V. 5: Tryptofan - Iatrochemistry . - S. 12 . (ryska)
Khazanova N. E. Kritiskt tillstånd // Kemisk uppslagsverk . - Soviet Encyclopedia , 1990. - T. 2: Daph - Med . - S. 541-543 . (ryska)
Diagram över nuklider . — 17:e. - Knolls Atomic Power Laboratory, 2010. - ISBN 978-0-9843653-0-2 .
Newton, David E. The Chemical Elements . New York: Franklin Watts, 1994. - ISBN 978-0-531-12501-4 .
Rigden, John S. Hydrogen: The Essential Element . - Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press , 2002. - ISBN 978-0-531-12501-4 .
Romm, Joseph, J. Hypen om väte, fakta och fiktion i kapplöpningen om att rädda klimatet . — Island Press, 2004. - ISBN 978-1-55963-703-9 .
Scerri, Eric. Det periodiska systemet, dess historia och dess betydelse . - New York: Oxford University Press , 2007. - ISBN 978-0-19-530573-9 .

Länkar

Hydrogen Arkiverad 10 januari 2016 vid Wayback Machine vid The Periodic Table of Videos ( University of Nottingham )
Ferreira-Aparicio, P.; Benito, MJ; Sanz, JL Nya trender inom reformeringsteknik: från väteindustrianläggningar till mikroreformatorer för flera bränslen // Catalysis Reviews: tidskrift. - 2005. - Vol. 47 , nr. 4 . - s. 491-588 . - doi : 10.1080/01614940500364958 .