液氫
編輯名稱
IUPAC名稱液氫其他名稱Hydrogen(低溫液體); 氫氣,冷凍液體; LH2,仲氫
特性
化學式H2摩爾質量2.016 g·mol?1外觀無色液體密度70.85 g/L (4.423 lb/cu ft)熔點?259.14 °C (?434.45 °F; 14.01 K)沸點?252.87 °C (?423.17 °F; 20.28 K)
危害
GHS標簽:象形圖
信號詞危險危險說明 H220、H280 防范說明 P210、P377、P381、P403NFPA 704(火金剛石)340CRYO 自燃溫度 571°C(1,060°F;844K)爆炸極限 LEL 4.0%; UEL 74.2%(空氣中)除非另有說明,數據均針對處于標準狀態(25°C [77°F],100 kPa)的材料提供。驗證(什么是 YN?)信息框參考
液態氫(LH2 或 LH2)是元素氫的液態。 氫以分子 H2 的形式存在于自然界中。
要以液體形式存在,H2 必須冷卻到其臨界點 33 K 以下。但是,要使其在大氣壓力下處于完全液態,H2 需要冷卻到 20.28 K(-252.87 °C;-423.17 °C) F)。 獲得液態氫的一種常見方法是使用在外觀和原理上都類似于噴氣發動機的壓縮機。 液氫通常用作氫儲存的濃縮形式。 在常溫常壓下,以液體形式儲存比以氣體形式儲存更節省空間。 然而,與其他普通燃料相比,液體密度非常低。 一旦液化,它可以作為液體保存在加壓和隔熱的容器中。
氫有兩種自旋異構體; 液態氫由 99.79% 的仲氫和 0.21% 的正氫組成。
歷史
編輯1885 年,Zygmunt Florenty Wróblewski 發表氫的臨界溫度為 33 K; 臨界壓力,13.3個大氣壓; 沸點 23 K。
1898 年,詹姆斯·杜瓦 (James Dewar) 使用再生冷卻和他的發明真空瓶將氫氣液化。 1929 年,Paul Harteck 和 Karl Friedrich Bonhoeffer 首次合成了液態氫的穩定異構體仲氫。
氫的自旋異構體
編輯雙氫分子中的兩個原子核可以具有兩種不同的自旋狀態。兩個核自旋反平行的仲氫比兩者平行的正氫更穩定。 在室溫下,由于熱能的作用,氣態氫大部分處于鄰位異構形式,但鄰位富集的混合物僅在低溫液化時才處于亞穩態。 它緩慢地經歷放熱反應成為對位異構體,釋放出足夠的能量作為熱量使一些液體沸騰。 為了防止在長期儲存過程中液體流失,因此在生產過程中有意將其轉化為對位異構體,通常使用氧化鐵 (III)、活性炭、鍍鉑石棉、稀土金屬等催化劑, 鈾化合物、氧化鉻 (III) 或一些鎳化合物。
使用
編輯在大多數以液氫為燃料的火箭發動機中,它首先冷卻噴嘴和其他部件,然后與氧化劑——通常是液氧 (LOX)——混合并燃燒產生含有微量臭氧和過氧化氫的水。 實用的 H2-O2 火箭發動機在富含燃料的情況下運行,因此廢氣中含有一些未燃燒的氫氣。 這減少了燃燒室和噴嘴的腐蝕。
它還降低了廢氣的分子量,這實際上可以增加比沖,盡管燃燒不完全。
液氫可用作內燃機或燃料電池的燃料。 已經使用這種形式的氫建造了各種潛艇(212 型潛艇、214 型潛艇)和氫概念車(參見 DeepC、BMW H2R)。 由于其相似性,建筑商有時可以使用專為液化天然氣 (LNG) 設計的系統修改和共享設備。 液體正在作為飛機的零碳燃料進行研究。 然而,由于體積能量較低,燃燒所需的氫氣體積很大。 除非使用直接噴射,否則嚴重的氣體置換效應也會阻礙xxx呼吸并增加泵送損失。
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