viisi kiehtovaa faktaa mahtavasta vedystä

5 mielenkiintoista faktaa vedystä:

1. alkuaine numero yksi ei ollut ensimmäinen löydetty alkuaine.
2. vety on maailmankaikkeuden ainoa ”neutroniton” alkuaine.
3. vedyn esiintyminen vedessä ei ole ainoa syy, miksi se on elämälle välttämätön.
4. vety antaa jo virtaa kaikkeen, mitä käyttää.
5. metallinen vety voi olla huoneenlämpötilassa suprajohde ja uhmaa painovoimaa.

viime viikolla toimme teille kymmenen mahtavan vedyn mahdollistamaa tieteen ja teknologian ”ensimmäistä”. Tällä viikolla seuraamme toista listaa: viisi kiinnostavaa faktaa, jotka saattavat uhmata yleisesti omaksumiasi käsityksiä kaikkein yksinkertaisimmasta atomista. Vety on täynnä yllätyksiä, koska se käyttäytyy kuin mikään muu alkuaine maailmankaikkeudessa. Sen voi havaita palavan raivokkaasti tähdissä, pitävän elämän molekyylejä hellästi koossa, tai sitten sitä ei löydä lainkaan—vaikka sitä on käytännössä kaikkialla.

lähikuvaa auringon vetypurkauksista. Solar Dynamics Observatory, NASA. Creative Commons Lisensiointi.

tässä viisi mielenkiintoista faktaa vedystä, jotka ovat mielestäni kiehtovia ja huomionarvoisia tämän viikon postauksessa.

alkuaine numero yksi ei ollut ensimmäinen löydetty alkuaine

se on jaksollisen järjestelmän ykkössijalla. Sen järjestysluku yksi tarkoittaa, että sen ytimessä on yksi protoni. Tämä ykkössija kuitenkin pettää: vedyn löytämiseen meni tuhansia vuosia. Vaikea kuvitella, mutta 18 muuta alkuainetta tunnistettiin ennen kuin havaitsimme niistä kaikista runsaimman. Tässä on mielenkiintoinen aikajana ennen vetyä löydetyistä alkuaineista. Kupari, lyijy, kulta, hopea, rauta, hiili, Tina, rikki, elohopea, sinkki, arseeni ja antimoni kaivettiin kaikki esiin antiikin aikana. Tämä ei ole yllättävää, sillä useimmat näistä alkuaineista ovat kiinteitä ja niitä löytyy helposti luonnosta puhtaassa muodossaan. Sivilisaation edistyessä löytyi lisää alkuaineita, kun ihmiset irrottivat niitä luonnollisesta tilastaan. Tämä koski seuraavia kuutta alkuainetta, jotka kaikki löydettiin 1500—luvun jälkeen: fosforia, kobolttia, platinaa, nikkeliä, vismuttia ja magnesiumia. Vedyn aika koitti vuonna 1766, kun Henry Cavendish ensimmäisenä eristi ja luonnehti vetyä diskreetiksi aineeksi ja nimesi kaasun ”syttyväksi ilmaksi.”Vasta 15 vuotta myöhemmin hän havaitsi, että kun vety paloi, se yhdistyi hapen kanssa veden tuottamiseksi. Cavendish tajusi, että hän oli itse asiassa löytänyt alkuaineen, ei vain aineen.

vety on maailmankaikkeuden ainoa ”neutroniton” alkuaine

me kaikki tutkimme sitä koulussa: kaavio, jossa yksi pallomainen protoni muodostaa ytimen ja yksinäinen elektroni kuvaa sen kiertorataa. Ei neutronia. Yhden planeetan aurinkokunnan tavoin vetyatomi on elegantti ja yksinkertainen. Itse asiassa juuri tämä elegantti yksinkertaisuus (ja neutronin puute) erottaa sen toisistaan, mikä tekee vedystä alkuaineen, jota tiedemiehet ovat käyttäneet vuosisatojen ajan ymmärtääkseen subatomisen maailman. Kaikki vety ei kuitenkaan synny tasavertaisena. Vuonna 1910 Brittiläinen radiokemiantutkija Frederick Soddy löysi isotooppeja tarkkaillessaan kaikissa alkuaineissa esiintyvää luonnollista säteilyprosessia. Hän huomautti, että tämä prosessi voi johtaa atomeihin, jotka eroavat toisistaan painoltaan (atomin ytimen muodostavien protonien ja neutronien lukumäärä), mutta ovat kemiallisesti identtisiä. Soddy työskenteli vedyn kanssa ja löysi deuteriumin, joka on vedyn isotooppi, jossa on neutroni (ja jota kutsutaan myös raskaaksi vedyksi). Yleisimmässä vedyn muodossa (H1) on yksi protoni ytimessä ja yksi elektroni kiertää sitä. Harvinaisessa muodossaan Deuteriumissa (H2) on kolme hiukkasta: yksi protoni, yksi elektroni ja yksi neutroni. Deuteriumia esiintyy luontaisesti, eli 0.015% kaikesta vedystä maailmankaikkeudessa. On kiinnostavaa, että deuteriumin olemassaolo pienessä, mutta vakiossa alkujakauksessa kaikessa vetyaineessa on yksi alkuräjähdysteorian pääargumenteista.

vedyn esiintyminen vedessä ei ole ainoa syy, miksi se on välttämätöntä elämälle

vesi on välttämätöntä elämälle sellaisena kuin sen tunnemme. Kun etsimme elämää muualta, seuraamme vettä. Marsin veden löytymisen jälkeen on laukaistu kymmeniä avaruusluotaimia ja useita Jupiteria ja Saturnusta kiertäviä kuita. Täällä maan päällä tiedemiehet uskovat elämän alkaneen, kun veden alkuaineaminohappojen sekoitus ’syttyi’ jollakin sähkökemiallisella reaktiolla. Siitä hetkestä lähtien kaikki elämä planeetallamme käyttää vettä. Koska jokaisessa vesimolekyylissä on kaksi vetyatomia jokaista yhtä happiatomia kohti, vety on välttämätön elämälle. Vedyllä on kuitenkin toinen yhtä tärkeä rooli elämän ylläpitämisessä, kirjaimellisesti. Vety on välttämätön DNA: lle. Molekyylin kaksoiskierteen rakennetta pitävät koossa vetysidokset. Erityisesti DNA: n kaksi juostetta pysyvät yhdessä vetysidoksilla, jotka tapahtuvat toisiaan täydentävien nukleotidiemäsparien välillä. Adenosiini-ja tymiini-emäsparien välillä esiintyy kaksi vetysidosta ja sytosiini-ja guaniini-emäsparien välillä on kolme vetysidosta. Ilman näitä vetysidoksia, jotka liimaavat molekyylin kaksi haaraa yhteen, ei olisi kaksoiskierteitä, ja ilman sitä ei olisi elämää.

vety antaa jo virtaa kaikkeen, mitä käytät

tavallaan vetytalous on jo olemassa: saatat tietämättäsi käyttää vetyä kaiken voimanlähteenä—kodistasi autoon. Näin on riippumatta siitä, käytätkö perinteistä vai vaihtoehtoista energiaa, onko sinulla bensanhimoinen Hummer vai sähköllä toimiva Nissan Leaf, ja onko katossasi aurinkopaneelit vai käytätkö sähköverkkoa. Kaikki alkaa auringon keskipisteestä. Auringon ydinpalot muuttavat vedyn heliumiksi ja vapauttavat energiaa fotoneina, jotka saapuvat tänne vain kahdeksassa minuutissa. Miljoonia vuosia sitten muinaiset kasvit käyttivät näitä fotoneja yhteyttämiseen. Dinosaurukset ja muut eliöt, joita nämä kasvit ruokkivat, ja kun ne kuolivat, niiden hiili yhdistyy veteen ja hajoaa hiilivedyiksi (öljyksi, kivihiileksi ja maakaasuksi), joista automme ja tehtaamme nykyään saavat virtaa. Jos nämä fotonit osuivat aurinkopaneeliisi, ne syntyivät vedyn avulla. Sama pitää paikkansa sähköautoja ja-laitteita lataavasta sähköstä: se tuotetaan joko vedellä padoissa (H2O), tuotetaan bensiinillä tai maakaasulla (hiilivedyillä) toimivilla turbiineilla tai tuotetaan ydinreaktorissa, jonka polttoaine valmistettiin, kun vety teki taikansa useimpien tähtien keskellä. Tällä alati läsnä olevalla, mahtavalla elementillä on mahdollisuus mennä vielä pitemmälle—voimistaa yhteiskuntaamme yksinään, vetypolttoaineena, puhtaalla ja kestävällä tavalla.

metallinen vety voi olla huoneenlämpötilassa suprajohde…ja uhmaa painovoimaa

pari kuukautta sitten Scientific American julkaisi mielenkiintoisen artikkelin nimeltä ”The Race to Turn Gassy Hydrogen into Solid Metal.”Artikkelissa tutkittiin joitakin epätavallisia ominaisuuksia, joita metallisella vedyllä olisi, jos sitä voitaisiin tuottaa laboratoriossa. Puhdas vety on kaasu. Jotta se on neste, korkea paine ja super kylmä lämpötila tarvitaan; siksi se on niin kallista varastoida ja kuljettaa. Vedyn tekeminen metalliseksi vaatisi valtavia paineita—samanlaisia kuin paineet, joita esiintyy tähtien keskellä-mikä on ainoa paikka, jossa vedyn uskotaan olevan metallista. Artikkelissa kerrotaan, miten useat tiederyhmät ovat alkaneet tutkia timanttien ja laserien käyttöä vaadittavien paineiden soveltamiseksi. Toistaiseksi ne ovat pystyneet toistamaan paineet planeettojen keskipisteessä, – mutta niillä on vielä matkaa, ennen kuin näemme metallisen vedyn superfluidin muodossa. Tällä superfluidilla metallilla olisi kiehtovia ominaisuuksia. Alkajaisiksi, kuten kirjoituksessa sanotaan, ” jos metallinen vety on superfluidi, tutkijoilla voi olla käsissään ainetta, joka uhmaa ymmärrystä. Kaikki tuntemamme suprajohteet ovat kiinteitä-ja kaikki superfluidit ovat eristeitä. Tämä nestemäinen vety olisi suprajohde ja superfluidi samaan aikaan-mitään tällaista ei ole koskaan havaittu.”On myös tieteellisiä spekulaatioita siitä, että tämän superfluidin toinen epätavanomainen ominaisuus ”uhmaisi painovoimaa”, mutta se veisi meidät puhtaan spekulaation maailmaan. Jätetään siis metallinen vety suprajohtavaksi nesteeksi, joka on itsessään varsin vaikuttava ja ainutlaatuinen.

sveitsiläisen alkemisti Paracelsuksen vuonna 1536 tekemän ensimmäisen havainnon jälkeen vety on kiehtonut ja hämmästyttänyt tutkijoita lähes 500 vuotta. ”Olennainen elementti”, kuten amerikkalainen fyysikko ja kirjailija John Rigden sitä kutsui, uhmaa jatkuvasti työskentelyoletuksiamme ja haastaa tieteen kaivamaan lisää edistääkseen ymmärrystämme luonnon sisäisestä toiminnasta. Ykköselementti ei ainoastaan anna meille mahdollisuutta nähdä kauas kosmokseen ja syvälle omaan DNA: han, vaan sillä on myös mahdollisuus tulla puhtaaksi ja runsaaksi energianlähteeksi, joka voisi auttaa meitä tarttumaan ajankohtaiseen kestävyyskysymykseen.