 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
| Przegląd prasy | Dla nauczycieli | Dla młodzieży | Przyroda | Video-fizyka | Fizyka współczesna | Projekt FCHGo | Innowacyjna fizyka | Projekt E4 |
Od blisko 100 lat jednym z głównych marzeń uczonych było uzyskanie wodoru w postaci ciała stałego. Pisał o tym też Bolesław Prus w "Lalce"1 . Tam zestalony wodór miał być cudownym materiałem, który pomimo bycia ciałem stałym miałby być lżejszy od powietrza. Wyobrażano sobie, do czego taki materiał mógłby być wykorzystany.
Uczeni podejrzewali, że stały wodór bedzie metalem.
Leży w pierwszej grupie Układu Okresowego Pierwastków, podobnie jak lit, sód, potas, rubid, cez i frans, które są metalami. Uzyskanie stałego wodoru nie jest proste. Gaz ten skrapla się w temperaturze 20K, a zastala w temeraturze 14K. Zestalony w ten sposób wodór2 nie przypomina jednak metalu. Do jego uzyskania potrzebne jest dodatkowo ogromne ciśnienie (ok. 500 GPa - tyle, albo i więcej niż w środku Ziemi).
Wykres fazowy wodoru (R. Dias, I.F. Silvera) Z uzyskaniem niskiej temperatury nie ma problemów (nawet u nas w Instytucie Fizyki UMK potrafimy ochłodzić materię do temparatury o wiele niższej niż ta potrzebna do zestalenia wodoru). Problemem jest wytworzenie tak wysokiego ciśnienia. Fizycy stworzyli specjalne diamentowe (najtwardszy materiał) kowadełko, w którym ściskali gaz.
Na początku rezultaty nie były obiecujące. Po uzyskaniu ciśnienia 100 GPa kowadełka pękały. Okazało się, że wodór pod ciśnieniem wnikał w strukturę krystaliczną diamentu i przez to go osłabiał. Wiele lat trwały prace, żeby poradzić sobie z tym problemem i niedawno udało się. Rozwiązaniem problemu okazało się dokładne ścięcie przypowierzchniowej warstwy diamentu i pokrycie jej nieprzepuszczalną dla wodoru cieniutką warstewką tlenku glinu. Po wielu latach starań fizykom z Harwardu udało się uzyskać metaliczny wodór. Uzyskano go w temperaturze 5,5K pod ciśnieniem 495 GPa.
Niestety, metaliczny wodór uzyskany przez fizyków jest niestabliny. Paruje natychmiast po ustaniu dogodnych warunków (5,5K, 495 GPa)3. Obecnie uczeni pracują nad uzyskaniem metastabilnego stanu metalicznego wodoru.
W takim stanie metastabilnym znajduje się np. diament. W normalnych warunkach wegiel nie jest zbyt twardym pierwiestkiem (grafit) wystarczy jednak sprasować go pod dużym ciśnieniem i otrzymujemy najtwardszy ziemski minerał - diament. Po ustaniu ciśnienia i temperatury węgiel pozostaje w postaci diamentu w pokojowej temperaturze. Jest to jednak stan metastabilny. Przy wyższych temperaturach diament stałby się stabilnym grafitem. Uczeni mają nadzieję że podobny stan uda im się stworzyć w przypadku wodoru. Gra "jest warta świeczki". W 1968 r. Neil Ashcroft - fizyk z Uniwersytetu Cornella - przewidywał, że faza metaliczna wodoru może być nadprzewodząca, i to w temperaturze powyżej 0 st. Celsjusza. Brzmi to prawie jak bajka. Czy się ziści? Trzymajmy kciuki.
Tekst na podstawie artykułu: (C) Krzysztof Służewski 1 W czasach, gdy B. Prus pisał "Lalkę" (1889) skroplenie wodoru było ciągle marzeniem naukowców. Skroplenia tlenu i azotu dokonali polscy uczeni, Karol Olszewski i Zygmunt Wróblewski, w Krakowie, w 1883 roku. 2Zestalony w ten sposób wodór pozostaje nadal cząsteczką - H2. Wodór metaliczny - to wodór atomowy - H. 3Ciśnienie 500 GPa jest wyższe od atmosferycznego 50 mln razy - odpowiadałoby ciśnieniu w oceanie na głębokości 50 tys. km. To mniej więcej odpowiada rozmiarom Jowisza i Saturna. Metaliczny wodór może istnieć właśnie we wnętrzu tych planet. "Wyścig" dla potwierdzenia metalicznego wodoru w laboraorium opisuje "Physics World" Zobacz też: Nadprzewodniki (Wystawa wirtualna "Fizyka współczesna", GK 2003) Samochód na wodę (wodór) (Fizyka i zabawki, 2005) Wrzenie wody pod zmniejszonym ciśnieniem (Doświadczenia z powietrzem, Pokazy ZDF 2006)
|
|||||
