pięć intrygujących faktów na temat potężnego wodoru

5 interesujących faktów na temat wodoru:

1. pierwiastek numer jeden nie był pierwszym odkrytym pierwiastkiem.
2. wodór jest jedynym pierwiastkiem „bez neutronów” we wszechświecie.
3. obecność wodoru w wodzie nie jest jedynym powodem, dla którego jest on niezbędny do życia.
4. Wodór już zasila wszystko, czego używasz.
5. metaliczny wodór może być nadprzewodnikiem w temperaturze pokojowej … i przeciwstawiać się grawitacji.

w zeszłym tygodniu przynieśliśmy wam dziesięć „pierwszych” nauki i technologii dzięki potężnemu wodorowi. W tym tygodniu przedstawiamy kolejną listę: pięć interesujących faktów, które mogą przeczyć waszym powszechnie panującym przekonaniom na temat najprostszego ze wszystkich atomów. Wodór jest pełen niespodzianek, ponieważ zachowuje się jak żaden inny pierwiastek we wszechświecie. Można go znaleźć wściekle płonącego w gwiazdach, delikatnie trzymającego cząsteczki życia razem, lub w ogóle go nie znaleźć-chociaż jest praktycznie wszędzie.

Zbliżenie na rozbłyski wodoru słońca. Solar Dynamics Observatory, NASA. Licencja Creative Commons.

Oto pięć ciekawych faktów na temat wodoru, które uważam za intrygujące i warte odnotowania w tym poście.

pierwiastek numer jeden nie był pierwszym odkrytym pierwiastkiem

znajduje się w pozycji numer jeden w układzie okresowym. Liczba atomowa jedynki oznacza, że ma jeden proton w jądrze. Jednak ta pozycja numer jeden jest myląca: odkrycie wodoru zajęło nam tysiące lat. Trudno to sobie wyobrazić, ale 18 innych elementów zostało zidentyfikowanych, zanim wykryliśmy ich najwięcej. Oto interesująca oś czasu pierwiastków odkrytych przed Wodorem. Miedź, ołów, złoto, srebro, żelazo, węgiel, cyna, Siarka, rtęć, cynk, arsen i antymon zostały odkryte w starożytności. Nie jest to zaskakujące, ponieważ większość z tych elementów jest solidna i łatwo można ją znaleźć w przyrodzie w czystej postaci. Wraz z postępem cywilizacji znaleziono więcej elementów, gdy ludzie wydobywali je ze swoich naturalnych Stanów. Tak było w przypadku kolejnych sześciu pierwiastków-wszystkie odkryte po XVI wieku: fosforu, kobaltu, platyny, niklu, bizmutu i magnezu. Czas na wodór przyszedł w 1766 roku, kiedy Henry Cavendish jako pierwszy wyizolował i scharakteryzował wodór jako dyskretną substancję, nazywając Gaz ” łatwopalnym powietrzem.”Dopiero 15 lat później zauważył, że kiedy Wodór się pali, łączy się z tlenem, aby wytworzyć wodę. Cavendish zdał sobie sprawę, że odkrył pierwiastek, a nie tylko substancję.

wodór jest jedynym pierwiastkiem „bez neutronów”we wszechświecie

wszyscy badaliśmy go w szkole: diagram z pojedynczym sferycznym protonem tworzącym jądro i samotnym elektronem opisującym orbitę wokół niego. Nie ma neutronu. Jak w Układzie Słonecznym, atom wodoru jest elegancki i prosty. To właśnie ta elegancka prostota (i brak neutronów) odróżnia ją od innych, czyniąc Wodór pierwiastkiem, którego naukowcy używali od wieków do zrozumienia subatomowego świata. Jednak nie wszystkie wodory są sobie równe. W 1910 roku brytyjski radiochemik Frederick Soddy odkrył izotopy obserwując naturalny proces promieniowania zachodzącego we wszystkich pierwiastkach. Zauważył, że proces ten może prowadzić do atomów, które różniły się wagą (liczba protonów i neutronów, które tworzą jądro atomu), ale były identyczne chemicznie. Soddy pracował z wodorem i odkrył Deuter, który jest izotopem wodoru, który ma neutron (i jest również nazywany ciężkim Wodorem). Najbardziej rozpowszechniona forma wodoru (H1) ma jeden proton w jądrze i jeden elektron krążący wokół niego. W swojej rzadkiej postaci Deuter (H2) ma trzy cząstki: jeden proton, jeden elektron i jeden neutron. Deuter występuje naturalnie, zawierający 0.015% wodoru we wszechświecie. Co ciekawe, istnienie deuteru w niskiej, ale stałej, pierwotnej frakcji we wszystkich materiach wodorowych jest jednym z głównych argumentów przemawiających za teorią Wielkiego Wybuchu.

obecność wodoru w wodzie nie jest jedynym powodem, dla którego jest niezbędny do życia

woda jest niezbędna do życia, jakie znamy. Kiedy szukamy życia gdzie indziej, podążamy za wodą. Dziesiątki sond kosmicznych zostały wystrzelone po odkryciu wody na Marsie i kilku księżyców orbitujących wokół Jowisza i Saturna. Tutaj na Ziemi naukowcy uważają, że życie zaczęło się, gdy mieszanka pierwotnych aminokwasów w wodzie została 'zapalona’ przez jakąś reakcję elektrochemiczną. Od tego momentu całe życie na naszej planecie używa wody. Ponieważ każda cząsteczka wody ma dwa atomy wodoru na każdy jeden atom tlenu, wynika z tego, że wodór jest niezbędny do życia. Jednak Wodór odgrywa inną, równie istotną rolę w podtrzymywaniu życia, dosłownie. Wodór jest niezbędny do DNA. Struktura podwójnej helisy cząsteczki jest utrzymywana razem przez wiązania wodorowe. W szczególności, dwie nici DNA pozostają razem przez wiązania wodorowe, które występują między komplementarnymi parami zasad nukleotydowych. Między parami zasad adenozyny i tyminy występują dwa wiązania wodorowe, a między parami zasad cytozyny i guaniny występują trzy wiązania wodorowe. Bez tych wiązań wodorowych, które łączą ze sobą dwa ramiona cząsteczki, nie byłoby podwójnej helisy, a bez niej nie byłoby życia.

Wodór już zasila wszystko, czego używasz

w pewnym sensie gospodarka wodorowa jest już tutaj: możesz nieświadomie używać wodoru do zasilania wszystkiego—od domu do samochodu. To prawda, czy korzystasz z energii tradycyjnej lub alternatywnej, Czy masz głodnego gazu Hummera lub elektrycznego Nissana Leaf, czy masz panele słoneczne na dachu lub korzystasz z sieci. Wszystko zaczyna się w centrum słońca. Ogień jądrowy słońca przekształca wodór w hel, uwalniając energię w postaci fotonów, które docierają tutaj w ciągu zaledwie ośmiu minut. Miliony lat temu te fotony były wykorzystywane przez starożytne rośliny do fotosyntezy. Dinozaury i inne organizmy żywiły się tymi roślinami, a gdy umierały, ich resztki węgla połączono z wodą i rozłożono na węglowodory (ropa naftowa, węgiel i gaz ziemny), które dziś zasilają nasze samochody i fabryki. Jeśli te fotony uderzą w panel słoneczny, to Wodór je wytworzył. To samo dotyczy energii elektrycznej, która ładuje elektryczne samochody i urządzenia: jest ona wytwarzana przez wodę w zaporach (H2O), wytwarzana przy użyciu turbin zasilanych benzyną lub gazem ziemnym (węglowodory) lub produkowana w reaktorze jądrowym, którego paliwo zostało wyprodukowane, gdy Wodór uczynił swoją magię w centrum większości gwiazd. Ten wszechobecny, potężny element ma potencjał, aby pójść jeszcze dalej – aby zasilić nasze społeczeństwo samodzielnie, jako paliwo wodorowe, w czysty i zrównoważony sposób.

metalowy wodór może być nadprzewodnikiem w temperaturze pokojowej…i przeciwstawiać się grawitacji

kilka miesięcy temu Scientific American opublikował ciekawy artykuł zatytułowany „The Race to Turn Gassy Hydrogen into Solid Metal.”W artykule zbadano niektóre z niekonwencjonalnych właściwości metalicznego wodoru, które miałby, gdyby mógł być produkowany w laboratorium. Czysty wodór jest gazem. Aby był płynny, wymagane jest wysokie ciśnienie i bardzo niskie temperatury; dlatego przechowywanie i transport jest tak kosztowny. Aby wodór był metaliczny, wymagałoby to ogromnych ciśnień-podobnych do ciśnień występujących w centrum gwiazd-które jest jedynym miejscem, w którym Wodór uważa się za metaliczny. Artykuł wyjaśnia, w jaki sposób kilka zespołów naukowych zaczyna badać wykorzystanie diamentów i laserów do zastosowania wymaganych ciśnień. Do tej pory byli w stanie odtworzyć ciśnienie w centrum planet, ale mają jeszcze wiele do zrobienia, zanim zobaczymy metaliczny wodór w postaci nadciekłego. Ten nadciekły metal miałby intrygujące właściwości. Na początek, jak stwierdza artykuł, ” jeśli metaliczny wodór jest nadpłynem, naukowcy mogą mieć na rękach materiał, który przeczy zrozumieniu. Wszystkie nadprzewodniki, które znamy są stałe … a wszystkie nadprzewodniki są izolatorami. Ten ciekły wodór byłby jednocześnie nadprzewodnikiem i nadciekłością-nigdy nie zaobserwowano czegoś takiego.”Istnieją również naukowe spekulacje, że inna niekonwencjonalna właściwość tego nadpływu „przeciwstawiłaby się grawitacji”, ale to zabrałoby nas do sfery czystej spekulacji. Więc zostawmy metaliczny wodór jako płyn nadprzewodzący, co samo w sobie jest imponujące i wyjątkowe.

od pierwszej obserwacji szwajcarskiego alchemika Paracelsusa w 1536 roku Wodór intrygował i zaskakiwał naukowców przez prawie 500 lat. „Niezbędny element”, jak nazwał go amerykański fizyk i autor John Rigden, nieustannie przeciwstawia się naszym działającym założeniom, rzucając nauce wyzwanie dalszego kopania w celu pogłębienia naszego zrozumienia wewnętrznego funkcjonowania świata przyrody. Element numer jeden nie tylko pozwala nam zajrzeć daleko w kosmos i głęboko w nasze własne DNA, ale ma również potencjał, aby stać się czystym i obfitym źródłem energii, które może pomóc nam rozwiązać palący problem zrównoważonego rozwoju, z którym mamy do czynienia dzisiaj.