cinci fapte interesante despre Mighty Hydrogen

5 fapte interesante despre hidrogen:

1. elementul numărul unu nu a fost primul element descoperit.
2. hidrogenul este singurul element „fără neutroni” din univers.
3. prezența hidrogenului în apă nu este singurul motiv pentru care este esențial pentru viață.
4. hidrogenul alimentează deja tot ceea ce utilizați.
5. hidrogenul metalic poate fi un superconductor la temperatura camerei … și sfidează gravitația.

săptămâna trecută v-am adus zece „premiere” științifice și tehnologice activate de hidrogenul puternic. Săptămâna aceasta vom continua cu o altă listă: cinci fapte interesante care ar putea sfida convingerile dvs. obișnuite despre cel mai simplu dintre toți atomii. Hidrogenul este plin de surprize, deoarece se comportă ca niciun alt element din univers. Puteți găsi că arde furios în stele, ținând ușor moleculele vieții împreună sau nu o găsiți deloc—deși este practic peste tot.

Close-up pe rachete de hidrogen soarelui. Solar Dynamics Observatory, NASA. Licențiere Creative Commons.

iată cinci fapte curioase despre hidrogen pe care le găsesc interesante și demne de remarcat în postarea din această săptămână.

elementul numărul unu nu a fost primul element descoperit

se află în poziția numărul unu în tabelul Periodic. Numărul său atomic de unu înseamnă că are un singur proton în nucleul său. Cu toate acestea, această poziție numărul unu este înșelătoare: ne-a luat mii de ani pentru a descoperi hidrogenul. Este greu de imaginat, dar alte 18 elemente au fost identificate înainte de a le detecta pe cele mai abundente dintre toate. Iată o cronologie interesantă a elementelor descoperite înainte de hidrogen. Cuprul, plumbul, aurul, argintul, fierul, carbonul, staniul, sulful, mercurul, zincul, arsenicul și antimoniul au fost toate descoperite în antichitate. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece majoritatea acestor elemente sunt solide și pot fi găsite cu ușurință în natură în forma lor pură. Pe măsură ce civilizația a progresat, s-au găsit mai multe elemente pe măsură ce oamenii le-au extras din stările lor naturale. Acesta a fost cazul următoarelor șase elemente—toate descoperite după secolul al 16-lea: fosfor, cobalt, platină, nichel, bismut și magneziu. Timpul pentru hidrogen a venit în 1766, când Henry Cavendish a fost primul care a izolat și caracterizat hidrogenul ca o substanță discretă, denumind gazul „aer inflamabil.”Abia după 15 ani a înțeles că atunci când hidrogenul ardea, se combina cu oxigenul pentru a produce apă. Cavendish și-a dat seama că, de fapt, descoperise un element, nu doar o substanță.

hidrogenul este singurul element „fără neutroni” din univers

cu toții l-am studiat în școală: o diagramă cu un singur proton sferic care formează nucleul și un electron singuratic care descrie orbita din jurul său. Fără neutroni. Ca un sistem solar cu o singură planetă, atomul de hidrogen este elegant și simplu. Este, de fapt, această simplitate elegantă (și lipsa de neutroni) care îl diferențiază, făcând hidrogenul elementul principal pe care oamenii de știință l-au folosit de secole pentru a înțelege lumea subatomică. Cu toate acestea, nu tot hidrogenul este creat egal. În 1910, radiochimistul Britanic Frederick Soddy a descoperit izotopi în timp ce observa procesul natural de radiație care apare în toate elementele. El a menționat că acest proces ar putea duce la atomi care diferă în greutățile lor (numărul de protoni și neutroni care formează nucleul atomului), dar erau identici din punct de vedere chimic. Soddy a lucrat cu hidrogen și a descoperit Deuteriu, care este un izotop al hidrogenului care are un neutron (și se mai numește hidrogen greu). Cea mai comună formă de hidrogen (H1) are un proton în nucleu și un electron care orbitează în jurul său. În forma sa rară, deuteriul (H2) are trei particule: un proton, un electron și un neutron. Deuteriul apare în mod natural, cuprinzând 0.015% din tot hidrogenul din univers. Interesant este că existența deuteriului la o fracție primordială scăzută, dar constantă, în toată materia hidrogenului este unul dintre principalele argumente în favoarea teoriei Big Bang.

prezența hidrogenului în apă nu este singurul motiv pentru care este esențial pentru viață

apa este esențială pentru viață așa cum o știm. Când căutăm viață în altă parte, urmăm apa. Zeci de sonde spațiale au fost lansate după descoperirea apei pe Marte și a mai multor luni care orbitează Jupiter și Saturn. Aici, pe Pământ, oamenii de știință cred că viața a început atunci când un amestec de aminoacizi primordiali din apă a fost ‘aprins’ de o reacție electrochimică. Din acel moment, toată viața de pe planeta noastră folosește apă. Deoarece fiecare moleculă de apă are doi atomi de hidrogen pentru fiecare atom de oxigen, rezultă că hidrogenul este necesar pentru viață. Cu toate acestea, hidrogenul joacă un alt rol la fel de crucial în susținerea vieții, literalmente. Hidrogenul este esențial pentru ADN. Structura dublă helix a moleculei este ținută împreună de legături de hidrogen. Mai exact, cele două fire de ADN rămân împreună prin legături de hidrogen care apar între perechile de baze nucleotidice complementare. Două legături de hidrogen apar între perechile de baze adenozină și timină; iar între perechile de baze citozină și guanină, există trei legături de hidrogen. Fără aceste legături de hidrogen care lipesc cele două brațe ale moleculei, nu ar exista o dublă helix; și fără ea, nici viață.

hidrogenul alimentează deja tot ceea ce utilizați

într—un sens, economia hidrogenului este deja aici: puteți utiliza fără să știți hidrogenul pentru a alimenta totul-de la casa dvs. la mașină. Acest lucru este valabil indiferent dacă utilizați energie tradițională sau alternativă, dacă aveți un Hummer înfometat de gaz sau un Nissan Leaf electric și dacă aveți panouri solare pe acoperiș sau utilizați rețeaua. Totul începe în centrul Soarelui. Incendiile nucleare ale soarelui transformă hidrogenul în heliu, eliberând energie sub formă de fotoni care ajung aici în doar opt minute. Cu milioane de ani în urmă, acești fotoni au fost folosiți de plantele antice pentru fotosinteză. Dinozaurii și alte organisme s-au hrănit din aceste plante și, pe măsură ce au murit, carbonul lor rămâne combinat cu apa și s-a descompus în hidrocarburi (petrol, cărbune și gaze naturale) care alimentează mașinile și fabricile noastre de astăzi. Dacă acești fotoni au lovit panoul solar, hidrogenul le-a produs în primul rând. Același lucru este valabil și pentru electricitatea care încarcă mașinile și aparatele electrice: este fie produsă de apă în baraje (H2O), produsă folosind turbine alimentate cu benzină sau gaz natural (hidrocarburi), fie produsă într-un reactor nuclear al cărui combustibil a fost fabricat atunci când hidrogenul și-a făcut magia în centrul majorității stelelor. Acest element puternic, mereu prezent, deține potențialul de a merge și mai departe—de a alimenta societatea noastră pe cont propriu, ca combustibil pe bază de hidrogen, într-un mod curat și durabil.

hidrogenul metalic poate fi un superconductor la temperatura camerei…și sfidează gravitația

cu câteva luni în urmă, Scientific American a publicat un articol interesant intitulat „Cursa de a transforma hidrogenul gazos în Metal Solid.”Articolul a explorat unele dintre proprietățile neconvenționale pe care le-ar avea hidrogenul metalic dacă ar putea fi produs în laborator. Hidrogenul pur este un gaz. Pentru a-l face lichid, sunt necesare temperaturi de înaltă presiune și temperaturi super reci; de aceea este atât de costisitor să depozitați și să transportați. Pentru a face hidrogenul metalic ar necesita presiuni enorme-similare presiunilor găsite în centrul stelelor—care este singurul loc în care se crede că hidrogenul este metalic. Articolul explică modul în care mai multe echipe științifice încep să exploreze utilizarea diamantelor și a laserelor pentru a aplica presiunile necesare. Până acum, au reușit să reproducă presiunile din Centrul planetelor, dar au o cale de a merge înainte să putem vedea hidrogenul metalic sub forma unui superfluid. Acest metal superfluid ar avea unele proprietăți interesante. Pentru început, după cum afirmă articolul, „dacă hidrogenul metalic este un superfluid, cercetătorii pot avea un material pe mâini care sfidează înțelegerea. Toți supraconductorii pe care îi cunoaștem sunt solizi … și toate superfluidele sunt izolatoare. Acest hidrogen lichid ar fi un superconductor și superfluid în același timp—nimic de genul acesta nu a fost observat vreodată. Există, de asemenea, speculații științifice că cealaltă proprietate neconvențională a acestui superfluid ar „sfida gravitația”, dar asta ne-ar duce în domeniul speculației pure. Deci, să lăsăm hidrogenul metalic ca un fluid supraconductor, care este destul de impresionant și unic, de unul singur.

de la prima sa observație de către Alchimistul elvețian Paracelsus în 1536, hidrogenul a intrigat și a surprins oamenii de știință de aproape 500 de ani. „Elementul esențial”, așa cum l-a numit fizicianul și autorul American John Rigden, sfidează continuu ipotezele noastre de lucru, provocând știința să sape mai departe pentru a avansa înțelegerea noastră asupra funcționării interioare a lumii naturale. Elementul numărul unu nu numai că ne permite să vedem departe în cosmos și adânc în propriul nostru ADN, dar are și potențialul de a deveni sursa curată și abundentă de energie care ne-ar putea ajuta să abordăm problema presantă a durabilității cu care ne confruntăm astăzi.