fem spændende fakta om Mighty Hydrogen

5 interessante fakta om Hydrogen:

1. Element nummer et var ikke det første element, der blev opdaget.
2. Hydrogen er det eneste “neutronløse” element i universet.
3. brints tilstedeværelse i vand er ikke den eneste grund til, at det er vigtigt for livet.
4. brint driver allerede alt, hvad du bruger.
5. metallisk hydrogen kan være en superleder ved stuetemperatur…og trodse tyngdekraften.

i sidste uge bragte vi dig ti videnskab og teknologi “firsts” aktiveret af mighty hydrogen. Denne uge følger vi op med en anden liste: fem interessante fakta, der kan trodse din almindelige tro på det enkleste af alle atomer. Brint er fuld af overraskelser, fordi det opfører sig som intet andet element i universet. Du kan finde det rasende brændende i stjerner, forsigtigt holde livets molekyler sammen eller slet ikke finde det—selvom det praktisk talt er overalt.

nærbillede på solens brintblusser. Solar Dynamics Observatory, NASA. Creative Commons Licens.

her er fem nysgerrige fakta om brint, som jeg finder spændende og værd at bemærke i denne uges indlæg.

Element nummer et var ikke det første element opdaget

det sidder i nummer et position i det periodiske system. Dens atomnummer på en betyder, at den har en enkelt proton i sin kerne. Alligevel bedrager denne position nummer et: det tog os tusinder af år at opdage brint. Det er svært at forestille sig, men 18 andre elementer blev identificeret, før vi opdagede de mest rigelige af dem alle. Her er en interessant tidslinje for de elementer, der blev opdaget før brint. Kobber, bly, guld, sølv, jern, kulstof, tin, svovl, kviksølv, arsenog antimon blev alle fundet i antikken. Dette er ikke overraskende, da de fleste af disse elementer er faste og let kan findes i naturen i deres rene form. Efterhånden som civilisationen gjorde fremskridt, blev der fundet flere elementer, da mennesker ekstraherede dem fra deres naturlige tilstande. Dette var tilfældet for de næste seks elementer—alle opdaget efter det 16.århundrede: fosfor, kobolt, platin, nikkel, vismut og magnesium. Tiden for brint kom i 1766, da Henry Cavendish var den første til at isolere og karakterisere brint som et diskret stof, der navngav gassen “brandfarlig luft.”Det var først 15 år senere, at han opdagede, at når brint brændte, kombinerede det med ilt for at producere vand. Cavendish indså, at han faktisk havde opdaget et element, ikke kun et stof.

Hydrogen er det eneste “neutronløse” element i universet

vi studerede det alle i skolen: et diagram med en enkelt sfærisk proton, der danner kernen og en ensom elektron, der beskriver kredsløbet omkring det. Ingen neutron. Som et en-planet solsystem er hydrogenatomet elegant og enkelt. Det er faktisk denne elegante enkelhed (og mangel på neutron), der adskiller det, hvilket gør brint til det go-to-element, som forskere har brugt i århundreder til at forstå den subatomære verden. Alligevel er ikke alt brint skabt ens. I 1910 opdagede den britiske radiokemiker Frederick Soddy isotoper, mens han observerede den naturlige strålingsproces, der forekommer i alle elementer. Han bemærkede, at denne proces kunne føre til atomer, der adskiller sig i deres vægt (antallet af protoner og neutroner, der danner atomets kerne), men var kemisk identiske. Soddy arbejdede med brint og opdagede Deuterium, som er en isotop af brint, der har en neutron (og kaldes også tungt brint). Den mest almindelige form for hydrogen (H1) har en proton i kernen og en elektron, der kredser omkring den. I sin sjældne form har Deuterium (H2) tre partikler: en proton, en elektron og en neutron. Deuterium forekommer naturligt, omfattende 0.015% af alt brint i universet. Interessant nok er eksistensen af deuterium ved en lav, men konstant, primordial fraktion i alt brintstof et af hovedargumenterne til fordel for Big Bang-teorien.

brints tilstedeværelse i vand er ikke den eneste grund til, at det er vigtigt for livet

vand er afgørende for livet, som vi kender det. Når vi søger efter liv andre steder, følger vi vandet. Dusinvis af rumprober er blevet lanceret efter opdagelsen af vand på Mars og flere af månerne, der kredser om Jupiter og Saturn. Her på jorden mener forskere, at livet startede, da en blanding af primordiale aminosyrer i vand blev ‘antændt’ af en eller anden elektrokemisk reaktion. Fra det øjeblik bruger alt liv på vores planet vand. Da hvert vandmolekyle har to atomer brint for hvert enkelt iltatom, følger det, at brint er nødvendigt for livet. Imidlertid spiller brint en anden lige så afgørende rolle i at støtte livet, bogstaveligt talt. Hydrogen er afgørende for DNA. Molekylets dobbelte spiralstruktur holdes sammen af hydrogenbindinger. Specifikt forbliver de to DNA-tråde sammen af hydrogenbindinger, der forekommer mellem komplementære nukleotidbasepar. To hydrogenbindinger forekommer mellem adenosin-og thyminbaseparene; og mellem cytosin-og guaninbaseparene er der tre hydrogenbindinger. Uden disse hydrogenbindinger, der limer molekylets to arme sammen, ville der ikke være nogen dobbelt spiral; og uden det, intet liv.

brint driver allerede alt, hvad du bruger

på en måde er brintøkonomien allerede her: du kan ubevidst bruge brint til at drive alt—fra dit hjem til din bil. Dette gælder uanset om du bruger traditionel eller alternativ energi, om du har en gas-sulten Hummer eller en elektrisk Nissan Leaf, og om du har solpaneler på dit tag eller bruger nettet. Det hele starter i midten af solen. Solens atombrande omdanner brint til helium og frigiver energi i form af fotoner, der ankommer her på kun otte minutter. For millioner af år siden blev disse fotoner brugt af gamle planter til fotosyntese. Dinosaurer og andre organismer fodret fra disse planter, og da de døde, forbliver deres kulstof kombineret med vand og nedbrydes til kulbrinterne (olie, kul og naturgas), der driver vores biler og fabrikker i dag. Hvis disse fotoner ramte dit solpanel, var det hydrogen, der producerede dem i første omgang. Det samme gælder for den elektricitet, der oplader elbiler og apparater: den produceres enten af vand i dæmninger (H2O), produceret ved hjælp af turbiner drevet af gas eller naturgas (kulbrinter) eller produceret i en atomreaktor, hvis brændstof blev fremstillet, da brint gjorde sin magi i centrum af de fleste stjerner. Dette evigt tilstedeværende, mægtige element har potentialet til at gå endnu længere—at drive vores samfund alene, som brintbrændstof, på en ren og bæredygtig måde.

metallisk brint kan være en superleder ved stuetemperatur…og trodser tyngdekraften

for et par måneder siden kørte Scientific American en interessant artikel med titlen “løbet om at omdanne Gassy brint til fast Metal.”Artiklen undersøgte nogle af de ukonventionelle egenskaber, som metallisk brint ville have, hvis det kunne produceres i laboratoriet. Rent hydrogen er en gas. For at gøre det til en væske kræves højt tryk og superkolde temperaturer; derfor er det så dyrt at opbevare og transportere. At gøre hydrogen metallisk ville kræve enorme tryk-svarende til det tryk, der findes i midten af stjerner—hvilket er det eneste sted, hvor brint menes at være metallisk. Artiklen forklarer, hvordan flere videnskabsteams begynder at undersøge brugen af diamanter og lasere til at anvende det krævede pres. Indtil videre har de været i stand til at replikere trykket i midten af planeter, men de har en vej at gå, før vi kan se metallisk brint i form af en superfluid. Dette superfluid metal ville have nogle spændende egenskaber. Til at begynde med, som artiklen siger, “hvis metallisk brint er en superfluid, kan forskere have et materiale på deres hænder, der trodser forståelse. Alle superledere, som vi ved, er solide … og alle superfluider er isolatorer. Dette flydende brint ville være en superleder og superfluid på samme tid—intet som dette er nogensinde blevet observeret.”Der er også videnskabelig spekulation om, at den anden ukonventionelle egenskab ved denne superfluid ville “trodse tyngdekraften”, men det ville føre os ind i ren spekulation. Så lad os bare forlade metallisk brint som en superledende væske, som er ganske imponerende og unik alene.

siden sin første observation af Sveriges alkymist Paracelsus i 1536 har brint fascineret og overrasket forskere i næsten 500 år. Det” væsentlige element”, som den amerikanske fysiker og forfatter John Rigden kaldte det, trodser kontinuerligt vores arbejdsantagelser og udfordrer videnskaben til at grave videre for at fremme vores forståelse af den naturlige verdens indre funktion. Det første element giver os ikke kun mulighed for at se langt ind i kosmos og dybt ind i vores eget DNA, men det har også potentialet til at blive den rene og rigelige energikilde, der kan hjælpe os med at tackle det presserende bæredygtighedsproblem, vi står over for i dag.