öt érdekes tény a hatalmas hidrogénről

5 érdekes tény a hidrogénről:

1. az egyes elem nem az első felfedezett elem volt.
2. a hidrogén az egyetlen “neutron nélküli” elem az univerzumban.
3. a hidrogén jelenléte a vízben nem az egyetlen ok, amiért elengedhetetlen az élethez.
4. a hidrogén már mindent működtet, amit használ.
5. a fémes hidrogén szobahőmérsékleten szupravezető lehet…és ellenáll a gravitációnak.

a múlt héten tíz tudományos és technológiai “elsőt” hoztunk nektek, amelyeket a mighty hydrogen tett lehetővé. Ezen a héten egy másik listát követünk: öt érdekes tény, amelyek szembeszállhatnak az atomok legegyszerűbbével kapcsolatos általánosan elfogadott hiedelmekkel. A hidrogén tele van meglepetésekkel, mert úgy viselkedik, mint az univerzum egyetlen más eleme sem. Lehet, hogy dühösen ég a csillagokban, gyengéden tartja az élet molekuláit, vagy egyáltalán nem találja meg—bár gyakorlatilag mindenhol megtalálható.

Közeli kép a nap hidrogén fáklyáiról. Solar Dynamics Observatory, NASA. Creative Commons Licensing.

íme öt érdekes tény a hidrogénről, amelyeket érdekesnek találok és érdemes megjegyezni ezen a héten.

az első elem nem az első felfedezett elem volt

a periódusos rendszer első helyén ül. Az egy atomszáma azt jelenti, hogy egyetlen proton van a magjában. Mégis, ez az első számú álláspont megtévesztő: több ezer évbe telt, hogy felfedezzük a hidrogént. Nehéz elképzelni, de 18 másik elemet azonosítottak, mielőtt felfedeztük volna a leggyakoribbakat. Itt van egy érdekes idővonal a hidrogén előtt felfedezett elemekről. Réz, ólom, arany, ezüst, vas, szén, ón, kén, higany, cink, arzén és antimon mind előkerült az ókorban. Ez nem meglepő, mivel ezeknek az elemeknek a többsége szilárd és tiszta formában könnyen megtalálható a természetben. Ahogy a civilizáció előrehaladt, több elemet találtak, amikor az emberek kivonták őket természetes állapotukból. Ez volt a helyzet a következő hat elem esetében—mindegyiket a 16.század után fedezték fel: foszfor, kobalt, platina, nikkel, bizmut és magnézium. 1766-ban Henry Cavendish volt az első, aki elkülönítette és diszkrét anyagként jellemezte a hidrogént, és a gázt “gyúlékony levegőnek” nevezte.”Csak 15 évvel később észlelte, hogy amikor a hidrogén égett, az oxigénnel kombinálva vizet termel. Cavendish rájött, hogy valójában egy elemet fedezett fel, nem csak egy anyagot.

a hidrogén az egyetlen “neutronmentes” elem az univerzumban

mindannyian tanulmányoztuk az iskolában: egy diagram, amelyben egyetlen gömb alakú proton képezi a magot, és egy magányos elektron írja le a körülötte lévő pályát. Neutron nélkül. Mint egy egybolygós naprendszer, a hidrogénatom is elegáns és egyszerű. Valójában ez az elegáns egyszerűség (és a neutron hiánya) különbözteti meg egymástól, így a hidrogén az a go-to elem, amelyet a tudósok évszázadok óta használnak a szubatomi világ megértéséhez. De nem minden hidrogén egyenlő. 1910-ben Frederick Soddy Brit radiokémikus felfedezte az izotópokat, miközben megfigyelte a sugárzás természetes folyamatát, amely minden elemben előfordul. Megjegyezte, hogy ez a folyamat olyan atomokhoz vezethet, amelyek súlyukban különböznek (az atommagot alkotó protonok és neutronok száma), de kémiailag azonosak. Soddy hidrogénnel dolgozott, és felfedezte a deutériumot, amely a hidrogén izotópja, amelynek van egy neutronja (és nehéz hidrogénnek is nevezik). A hidrogén leggyakoribb formája (H1) Egy protonnal rendelkezik az atommagban és egy elektron kering körülötte. Ritka formájában a Deutériumnak (H2) három részecskéje van: egy proton, egy elektron és egy neutron. A deutérium természetesen előfordul, amely 0.Az univerzum összes hidrogénjének 015% – a. Érdekes módon a deutérium létezése alacsony, de állandó, ősfrakcióban az összes hidrogén anyagban az egyik fő érv az ősrobbanás elmélet mellett.

a hidrogén jelenléte a vízben nem az egyetlen ok, amiért elengedhetetlen az élethez

a víz elengedhetetlen az élethez, ahogy ismerjük. Amikor máshol keressük az életet, a vizet követjük. Több tucat űrszondát bocsátottak fel, miután felfedezték a vizet a Marson, valamint a Jupiter és a Szaturnusz körül keringő több holdat. Itt a földön a tudósok úgy vélik, hogy az élet akkor kezdődött, amikor a vízben lévő ősi aminosavak keverékét valamilyen elektrokémiai reakció ‘meggyújtotta’. Ettől a pillanattól kezdve a bolygónk minden élete vizet használ. Mivel minden vízmolekulának két hidrogénatomja van minden oxigénatomra, ebből következik, hogy a hidrogén szükséges az élethez. A hidrogén azonban ugyanolyan fontos szerepet játszik az élet támogatásában, szó szerint. A hidrogén elengedhetetlen a DNS – hez. A molekula kettős spirálszerkezetét hidrogénkötések tartják össze. Pontosabban, a DNS két szála hidrogénkötésekkel marad együtt, amelyek a komplementer nukleotid bázispárok között fordulnak elő. Az adenozin és a timin bázispárok között két hidrogénkötés alakul ki, a citozin és a guanin bázispárok között pedig három hidrogénkötés van. Ezek nélkül a hidrogénkötések nélkül, amelyek a molekula két karját összeragasztják, nem lenne kettős spirál; nélküle pedig nincs élet.

a hidrogén már mindent működtet, amit használ

bizonyos értelemben a hidrogéngazdaság már itt van: tudatlanul is használhatsz hidrogént minden energiaellátására—az otthonodtól az autódig. Ez igaz, függetlenül attól, hogy hagyományos vagy alternatív energiát használ, akár gázra éhes Hummerje van, akár elektromos Nissan Leafje van, akár napelemei vannak a tetőn, vagy a hálózatot használja. Minden a nap közepén kezdődik. A nap nukleáris tüzei a hidrogént héliummá alakítják, energiát szabadítanak fel fotonok formájában, amelyek mindössze nyolc perc alatt érkeznek ide. Millió évvel ezelőtt ezeket a fotonokat az ősi növények használták fotoszintézishez. A dinoszauruszok és más élőlények ezekből a növényekből táplálkoztak, és ahogy elpusztultak, a szénük vízzel keveredett és szénhidrogénekké (olaj, szén és földgáz) bomlott, amelyek ma az autóinkat és gyárainkat táplálják. Ha ezek a fotonok eltalálják a napelemet, akkor elsősorban a hidrogén termelte őket. Ugyanez vonatkozik az elektromos autókat és készülékeket töltő villamos energiára: vagy gátakban lévő vízzel (H2O) állítják elő, benzinnel vagy földgázzal (szénhidrogénekkel) működő turbinák felhasználásával állítják elő, vagy olyan atomreaktorban állítják elő, amelynek üzemanyagát akkor állították elő, amikor a hidrogén varázslatot tett a legtöbb csillag középpontjában. Ez a mindig jelen lévő, hatalmas elem még tovább is képes menni-társadalmunk önálló, hidrogénüzemanyagként tiszta és fenntartható módon történő táplálására.

a fémes hidrogén szobahőmérsékleten szupravezető lehet…és szembeszáll a gravitációval

néhány hónappal ezelőtt a Scientific American érdekes cikket írt “a verseny A Gázos hidrogén szilárd Fémdé alakításáért.”A cikk feltárta azokat a nem szokványos tulajdonságokat, amelyekkel a fémes hidrogén rendelkezne, ha a laboratóriumban előállítható lenne. A tiszta hidrogén gáz. Ahhoz, hogy folyékony legyen, nagy nyomásra és szuper hideg hőmérsékletre van szükség; ezért olyan költséges a tárolása és szállítása. A hidrogén fémes előállításához óriási nyomásra lenne szükség—hasonlóan a csillagok közepén található nyomáshoz -, amely az egyetlen hely, ahol a hidrogént fémesnek tartják. A cikk elmagyarázza, hogy számos tudományos csapat hogyan kezdi felfedezni a gyémántok és a lézerek használatát a szükséges nyomás alkalmazására. Eddig képesek voltak lemásolni a bolygók közepén lévő nyomást, de van egy útjuk, mielőtt fémes hidrogént látnánk szuperfolyadék formájában. Ennek a szuperfolyékony fémnek érdekes tulajdonságai lennének. Először is, ahogy a cikk kimondja: “ha a fémes hidrogén szuperfolyadék, akkor a kutatóknak olyan anyaguk lehet a kezükben, amely dacol a megértéssel. Az összes szupravezető, amit ismerünk, szilárd, és minden szuperfolyadék szigetelő. Ez a folyékony hidrogén egyszerre lenne szupravezető és szuperfolyékony—ehhez hasonlót még soha nem figyeltek meg.”Tudományos spekulációk is vannak arról, hogy ennek a szuperfolyadéknak a másik nem szokványos tulajdonsága “szembeszállna a gravitációval”, de ez a tiszta spekuláció birodalmába vezetne minket. Hagyjuk a fémes hidrogént szupravezető folyadékként, ami önmagában is lenyűgöző és egyedülálló.

Paracelsus Svájci alkimista 1536-os első megfigyelése óta a hidrogén közel 500 éve foglalkoztatja és lepi meg a tudósokat. Az” alapvető elem”, ahogy John Rigden amerikai fizikus és író nevezte, folyamatosan dacol a működő feltételezéseinkkel, kihívást jelent a tudomány számára, hogy tovább ásson, hogy elősegítse a természeti világ belső működésének megértését. Az első számú elem nem csak lehetővé teszi számunkra, hogy messzire láthassunk a kozmoszba és mélyen a saját DNS-be, de megvan a lehetősége arra is, hogy tiszta és bőséges energiaforrássá váljon, amely segíthet nekünk kezelni a sürgető fenntarthatósági kérdést, amellyel ma szembesülünk.