宇宙中最含量多,最普遍的元素,它组成了物质宇宙的75%
作者:万博体育APP官网下载 发布时间:2022-07-03 15:17
本文摘要:氢是自然界以致宇宙中“朋侪”最多的最常见元素。凭据相关的守旧预计,它占宇宙质量的75%。 在我们居住的地球上,除了空气中的一些氢以外,其他氢以化合物的形式储存在水中,这是地球上最广泛的物质。据预计,如果海水中的氢全部被提取出来,燃烧发生的总热量将是地球上所有化石燃料释放热量的9000倍。现在让我们进入氢,相识它的配景和生长能量的方法。 在“宇宙大爆炸”的那一刻,氢泛起了,而且在自然界中渡过了漫长的默默无闻的岁月。

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氢是自然界以致宇宙中“朋侪”最多的最常见元素。凭据相关的守旧预计,它占宇宙质量的75%。

在我们居住的地球上,除了空气中的一些氢以外,其他氢以化合物的形式储存在水中,这是地球上最广泛的物质。据预计,如果海水中的氢全部被提取出来,燃烧发生的总热量将是地球上所有化石燃料释放热量的9000倍。现在让我们进入氢,相识它的配景和生长能量的方法。

在“宇宙大爆炸”的那一刻,氢泛起了,而且在自然界中渡过了漫长的默默无闻的岁月。16世纪末,瑞士有一位名叫巴拉泽斯的化学家,他不小心把废铁掉进硫酸,许多气泡像旋风一样升起。

很遗憾,这个年轻人缺乏履历,没有进一步研究,错过了乐成的时机。直到1766年,英国著名科学家卡文迪什才发现,这些气泡中的物质可以在空气中燃烧发生水,所以他模糊地称之为可燃空气。

随着科学的生长和思维方式的转变,1787年,法国良好的化学家拉瓦西终于将气体命名为氢气。只管每升氢气只有0.09g,但它是“可变的”:常温常压下是气态的,在超低温高压下可以酿成液态。如果压力增加到几百个大气压,液态氢就可以酿成固态氢。

在所有的气体中,氢具有最好的导热系数,比大多数气体的导热系数横跨10倍,是最好的传热载体之一。除了热值最高的核燃料外,氢对人类的孝敬绝不吝啬。氢气火焰的温度可高达2500℃。

只要与空气有轻微的亲密接触(在3%-97%规模内),遇到火花就会燃烧起来。与其他燃料相比,氢燃烧是最清洁的。

它除了发生水和少量的氮化氢外,不会发生一氧化碳、二氧化碳和粉尘等对情况有害的污染物。少量氮化氢经适当处置惩罚后不会污染情况。此外,氢循环具有良好的实用性。

燃烧反映发生的水可以用来制氢。氢的使用价值如此之大,人们不会对此视而不见。既然普通的水有它的影子,那就从水开始抽丝剥离吧。

很少有人能想到这样一个事实:氢和氧在水中“联合”得如此牢靠,以至于分散它们需要支付很大的努力。例如,水必须加热到二三千摄氏度的高温,才气剖析成氢和氧。不幸的是。如果接纳这种方式收集氢气,不仅会消耗大量的能量,而且需要有相应的耐高温高压设备。

为了制止这一技术难题,人类主要以天然气、煤炭和石油产物为原料生产氢气。然而,这些化石质料的使用仍然需要高温和多种催化剂,因此它不是一种有前途的制氢技术。随着科学家们的不停研究,他们发现太阳也可以资助-把催化剂“放在”水中——阳光照射,催化剂可以刺引发光的化学反映,将水转化为氢和氧。

在这个历程中最难题的是找到可靠和稳定的催化剂。现在发现的二氧化钛和一些钌化合物是合适的光催化剂,但不能满足实际应用的需要。一旦有了更有效的催化剂,就有可能从水中“生火”发生氢气。

那时,只要汽车、飞机的油箱里装满水,再加上光催化剂,在阳光下,水就会不停剖析成氢气,成为发念头的能量。以氢气为燃料,不仅清洁,低温起动容易,而且对发念头的腐蚀性小,可以延长发念头的使用寿命。由于氢气和空气混淆匀称,一般汽车上使用的燃油系统可以完全消除,从而简化了现有汽车的结构。

当化学家在黑黑暗探索时,生物学家们却寻觅到了新思路。他们发现了许多产氢细菌,一种是化学异养细菌,另一种是光合自养细菌。

据相识,发生氢气的异养细菌有30多种,它们能发酵糖、醇、有机酸等有机物质,吸收一部门化学能以满足生命运动的需要,同时把另一部门能量以氢气的形式释放出来。光合自养细菌比化学异养细菌更具耐受性。它们不需要消耗有机营养素,可以像绿色植物一样吸收阳光,将简朴的无机化合物合成有机化合物以满足自身需要,同时释放出氢气。

阳光取之不尽,无机物无处不在,光合自养细菌制氢前景辽阔。迄今为止,已发现约13种紫色硫细菌和紫色非硫细菌产氢。

据报道,美国国家航空航天局将把一种光合细菌——红螺菌带到太空,并使用它释放氢气作为航天器的能源。除了细菌外,生物学家还发现,当绿藻在缺氧的情况下袒露在阳光下时,也会释放出氢气,甚至一些高等植物也是光互助用释放氢气的好质料。

因此,深思熟虑的研究人员提出了从植物中提取叶绿体并使其成为“产氢植物”的想法。第一台叶绿体制氢装置于1973年在美国推出。问题是天然叶绿体的寿命很短,因此有须要寻找延长其事情寿命的方法。

一些科学家还提出了培育“氢树”的想法。他们认为,如果植物的光互助用保持在水分剖析的阶段,使氢气不与二氧化碳发生作用,而是直接与植物分散,那么每一棵“氢树”就可以直接为我们提供纯净的氢气。然而,这些充满理想的“未来史”,只能富厚人们的精神世界。

下面让我们用氢,做一些实际的事情吧。在沐日里,我们总是看到五颜六色的气球,大巨细小,高高飘扬,翩翩起舞——这一切都要归功于氢。然而,人们发现,如果氢气泄漏和外部摩擦导致静电,它会燃爆并导致灼伤。为什么会灼伤?我们知道燃烧的前提是可燃气体到达一定浓度。

如果装在气球里,氢气浓度会比力高,但燃烧时间不会很长,因为气球破裂后氢气会很快发散,很快就会全部燃烧起来,所以不会有永久性燃烧,大部门是瞬间高温燃烧。所以现在,更多的氦取代氢被用来填充气球。

不外,最让氢值得“自满”的是它很早就涉足航空领域了,那可是人类飞越地球的伟大梦想。氢用作A-2火箭发念头的液体推进剂。1960年,液态氢首次被用作太空动力燃料。1970年,美国发射的阿波罗飞船使用的起飞火箭也使用了液态氢燃料。

再加上我们的神舟系列飞船,氢已经成为火箭领域的一种常用燃料。对于航天飞机来说,降低燃料重量和增加有效载荷更为重要。由于氢的能量密度很高,燃烧后每公斤氢的热量约莫是汽油的三倍——这意味着燃料的重量可以淘汰三分之二,这无疑对航天飞机很是有利的。储存氢有两种方法:物理和化学。

有两种物理方法:一种是液氢法,它的能量密度最大。难点在于,将液氢容器温度控制在253℃以下是一项很是难题的保温技术;另一种是将其储存在金属容器内的高压(2000-3000kpa),即能量密度小、储氢能力小的高压圆筒法。

现在最热门的研究是金属“吸收”氢,反映生成金属氢化物,同时放出热量。之后,这些金属氢化物被加热,再次剖析,释放出储存在其中的氢。

这些“吸收”氢的金属被称为“储氢合金”。储氢合金都是固态的。当使用氢气时,储存在氢气中的氢气通过加热或减压释放出来。因此,它们都是简朴理想的储氢方法,主要包罗钛储氢合金、锆储氢合金、铁储氢合金和稀土储氢合金。

科学家正在研制一种叫做“固态氢”的宇宙飞船。固体氢可作为航天器的结构质料和动力燃料。在航行历程中,航天器的所有非重要部件都可以转化为能量“消耗”,使航天器在太空中航行更长时间。


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