vijf intrigerende feiten over machtige waterstof

5 interessante feiten over waterstof:

1. Element Nummer één was niet het eerste element dat ontdekt werd.
2. waterstof is het enige element zonder neutronen in het heelal.De aanwezigheid van waterstof in water is niet de enige reden dat het essentieel is voor het leven.
3. waterstof voorziet al alles wat u gebruikt van stroom.
4. metallisch waterstof kan een supergeleider zijn bij kamertemperatuur…en de zwaartekracht trotseren.

vorige week brachten we u tien wetenschap en technologie “primeurs” mogelijk gemaakt door machtige waterstof. Deze week volgen we op met een andere lijst: vijf interessante feiten die jullie algemeen gehouden overtuigingen over de eenvoudigste van alle atomen kunnen trotseren. Waterstof zit vol verrassingen omdat het zich gedraagt als geen ander element in het universum. Je kunt het furieus vinden branden in sterren, zachtjes de moleculen van het leven bij elkaar houden, of het helemaal niet vinden—hoewel het bijna overal is.

Close-up van de waterstofvlammen van de zon. Solar Dynamics Observatory, NASA. Creative Commons Licentie.

hier zijn vijf merkwaardige feiten over waterstof die ik intrigerend en vermeldenswaard vind in het bericht van deze week.

Element Nummer één was niet het eerste element dat ontdekt werd

het staat op de Nummer één positie in het Periodiek Systeem. Het atoomnummer van één betekent dat het één enkel proton in zijn kern heeft. Toch is deze Nummer één positie misleidend: het kostte ons duizenden jaren om waterstof te ontdekken. Het is moeilijk voor te stellen, maar 18 andere elementen werden geïdentificeerd voordat we de meest voorkomende van hen allemaal ontdekten. Hier is een interessante tijdlijn van de elementen ontdekt voor waterstof. Koper, lood, goud, zilver, ijzer, koolstof, tin, zwavel, kwik, zink, arseen en antimoon werden allemaal opgegraven in de oudheid. Dit is niet verwonderlijk, want de meeste van deze elementen zijn solide en kunnen gemakkelijk worden gevonden in de natuur in hun pure vorm. Naarmate de beschaving vooruitgang boekte, werden meer elementen gevonden toen de mens ze uit hun natuurlijke staat haalde. Dit was het geval voor de volgende zes elementen—allemaal ontdekt na de 16e eeuw: fosfor, kobalt, platina, nikkel, bismut en magnesium. De tijd voor waterstof kwam in 1766 toen Henry Cavendish de eerste was om waterstof te isoleren en te karakteriseren als een discrete stof, de naam van het gas “brandbare lucht.”Het was pas 15 jaar later dat hij merkte dat wanneer waterstof verbrandde, het gecombineerd met zuurstof om water te produceren. Cavendish besefte dat hij in feite een element had ontdekt, niet alleen een substantie.

waterstof is het enige “neutronenloze” element in het universum

we hebben het allemaal op school bestudeerd: een diagram met een enkel sferisch proton dat de kern vormt en een enkel elektron dat de baan eromheen beschrijft. Geen neutron. Net als een eenplaneet zonnestelsel, is het waterstofatoom elegant en eenvoudig. Het is in feite deze elegante eenvoud (en gebrek aan neutron) die het onderscheidt, waardoor waterstof het go-to element dat wetenschappers eeuwenlang hebben gebruikt om de subatomaire wereld te begrijpen. Toch is niet alle waterstof gelijk gemaakt. In 1910 ontdekte de Britse radiochemicus Frederick Soddy isotopen terwijl hij het natuurlijke proces van straling observeerde dat in alle elementen voorkomt. Hij merkte op dat dit proces zou kunnen leiden tot atomen die verschillen in hun gewicht (het aantal protonen en neutronen die de kern van het atoom vormen) maar chemisch identiek zijn. Soddy werkte met waterstof en ontdekte Deuterium, een isotoop van waterstof met een neutron (en wordt ook zware waterstof genoemd). De meest voorkomende vorm van waterstof (H1) heeft één proton in de kern en één elektron eromheen. In zijn zeldzame vorm heeft Deuterium (H2) drie deeltjes: een proton, een elektron en een neutron. Deuterium komt van nature voor, omvattende 0.015% van alle waterstof in het universum. Interessant is dat het bestaan van deuterium bij een lage, maar constante, primordiale fractie in alle waterstof-materie een van de belangrijkste argumenten is ten gunste van de oerknaltheorie.

de aanwezigheid van waterstof in water is niet de enige reden dat het essentieel is voor leven

Water is essentieel voor leven zoals we het kennen. Als we elders leven zoeken, volgen we het water. Tientallen ruimtesondes zijn gelanceerd na de ontdekking van water op Mars en een aantal manen rond Jupiter en Saturnus. Hier op aarde geloven wetenschappers dat het leven begon toen een mix van primordiale aminozuren in water werd ‘ontstoken’ door een elektrochemische reactie. Vanaf dat moment gebruikt al het leven op onze planeet water. Omdat elk watermolecuul twee waterstofatomen heeft voor elk zuurstofatoom, is waterstof noodzakelijk voor het leven. Waterstof speelt echter een andere even cruciale rol in het ondersteunen van leven, letterlijk. Waterstof is essentieel voor DNA. De dubbele helixstructuur van het molecuul wordt bij elkaar gehouden door waterstofbindingen. Specifiek, blijven de twee bundels van DNA samen door waterstofbanden die tussen complementaire nucleotidebasenparen voorkomen. Twee waterstofbanden komen tussen de adenosine en de thymine-basenparen voor; en tussen cytosine en de guanine-basenparen, zijn er drie waterstofbanden. Zonder deze waterstofbindingen die de twee armen van het molecuul aan elkaar lijmen, zou er geen dubbele helix zijn; en zonder dit, geen leven.

waterstof voorziet al alles wat u gebruikt

in zekere zin is de waterstofeconomie er al: u kunt zonder het te weten waterstof gebruiken om alles aan te drijven—van huis tot auto. Dit is waar of u gebruik maakt van traditionele of alternatieve energie, of u een gas-hongerige Hummer of een elektrische Nissan blad, en of u zonnepanelen op uw dak of gebruik maken van het net. Het begint allemaal in het midden van de zon. De kernbranden van de zon zetten waterstof om in helium, waardoor energie vrijkomt in de vorm van fotonen die hier in slechts acht minuten aankomen. Miljoenen jaren geleden werden deze fotonen gebruikt door oude planten voor fotosynthese. Dinosaurussen en andere organismen gevoed uit deze planten, en als ze stierven, hun koolstof blijft gecombineerd met water en ontbonden in de koolwaterstoffen (olie, kolen en aardgas) die onze auto ‘ s en fabrieken vandaag de dag van kracht. Als deze fotonen je zonnepaneel raken, was het waterstof die ze produceerde. Hetzelfde geldt voor de elektriciteit die elektrische auto ‘ s en apparaten laadt: het wordt ofwel geproduceerd door water in Dammen (H2O), geproduceerd met behulp van turbines aangedreven door benzine of aardgas (koolwaterstoffen), of geproduceerd in een kernreactor waarvan de brandstof werd geproduceerd toen waterstof zijn magie maakte in het centrum van de meeste sterren. Dit immer aanwezige, machtige element heeft de potentie om nog verder te gaan—om onze samenleving op eigen kracht, als waterstofbrandstof, op een schone en duurzame manier aan te drijven.

Metallic hydrogen may be a supergeleider at room temperature…and defy gravity

een paar maanden geleden publiceerde Scientific American een interessant artikel getiteld ” The Race to Turn Gasy Hydrogen into Solid Metal.”Het artikel verkende enkele van de onconventionele eigenschappen die metallische waterstof zou hebben als het in het lab kon worden geproduceerd. Zuivere waterstof is een gas. Om het vloeibaar te maken, zijn hoge druk en superkoude temperaturen vereist; daarom is het zo duur om op te slaan en te vervoeren. Om waterstof metallisch te maken zou enorme druk nodig zijn-vergelijkbaar met de druk in het centrum van sterren—dat is de enige plaats waar waterstof wordt verondersteld metaal te zijn. Het artikel legt uit hoe verschillende wetenschapsteams het gebruik van diamanten en lasers beginnen te onderzoeken om de vereiste druk toe te passen. Tot nu toe zijn ze in staat geweest om de druk in het centrum van planeten te repliceren, maar ze hebben nog een lange weg te gaan voordat we metallische waterstof in de vorm van een superfluïde kunnen zien. Dit superfluïde metaal zou intrigerende eigenschappen hebben. Om te beginnen, zoals het artikel stelt, “als metaalwaterstof een superfluïde is, kunnen onderzoekers een materiaal op hun handen hebben dat het begrip tart. Alle supergeleiders die we kennen zijn solide … en alle superfluïden zijn isolatoren. Deze vloeibare waterstof zou tegelijkertijd een supergeleider en superfluïde zijn-zoiets is nog nooit waargenomen.”Er is ook wetenschappelijke speculatie dat de andere onconventionele eigenschap van dit superfluïde de zwaartekracht zou “trotseren”, maar dat zou ons in het rijk van pure speculatie brengen. Laten we metallische waterstof als supergeleidende vloeistof laten, wat vrij indrukwekkend is, en uniek, op zichzelf.Sinds de eerste waarneming door de Zwitserse Alchemist Paracelsus in 1536 heeft waterstof wetenschappers bijna 500 jaar geïntrigeerd en verrast. Het” essentiële element”, zoals de Amerikaanse natuurkundige en auteur John Rigden het noemde, tart voortdurend onze werkveronderstellingen en daagt de wetenschap uit om verder te graven om ons begrip van de innerlijke werking van de natuurlijke wereld te bevorderen. Het nummer één element stelt ons niet alleen in staat om ver in de kosmos te kijken en diep in ons eigen DNA, maar het heeft ook het potentieel om de schone en overvloedige bron van energie te worden die ons zou kunnen helpen het dringende duurzaamheidsprobleem aan te pakken waarmee we vandaag worden geconfronteerd.