Астрофизиците знаят, че образуването на звезди изисква гориво. Съвременна теориязаявява, че реките от водород - известни като "студени потоци" - могат да бъдат вид ферибот с водород през междугалактичното пространство и следователно да подхранват процеса на формиране на звезди.
Спирални галактики като нашата млечен път, като правило, имат доста тиха, но постоянна скорост на звездообразуване. Други галактики, като NGC 6946, която се намира на около 22 милиона светлинни години от Земята на границата на съзвездията Цефей и Лебед, са много по-активни в това отношение. Това повдига въпроса какво осигурява почвата за продължително звездообразуване в тази и подобни спирални галактики.
Предишни изследвания на близкото галактическо пространство около NGC 6946 от телескопа WSRT в Холандия разкриха разширен ореол от водород. Въпреки това, студен потокможе да се образува от водород от напълно различен източник - газ от междугалактическото пространство, който никога не е бил нагряван до високи температурипроцес на раждане на звезди.
Използвайки телескопа Green Bank (GBT), Пизано успя да открие сиянието, излъчвано от неутрален водород, свързващ NGC 6946 с неговите космически съседи. Този сигнал беше просто под прага на откриване на други телескопи, но уникалните възможности на GBT позволиха на учения да открие това слабо лъчение.
Астрономите отдавна предполагат, че големите галактики могат да получат постоянен запас от студен водород, като го изпомпват от други по-малко масивни спътници.
Допълнителни изследвания ще помогнат да се потвърди естеството на това наблюдение и да се хвърли светлина върху възможната роля, която студените потоци играят в еволюцията на галактиките.
Космическите агенции и частните компании вече разработват планове за изпращане на хора на Марс през следващите няколко години, което в крайна сметка ще доведе до колонизацията му. И с нарастващия брой открити земеподобни планети около близките звезди, космическите пътувания на дълги разстояния стават все по-актуални.
За хората обаче не е лесно да оцелеят в космоса за дълги периоди от време. Едно от основните предизвикателства на космическите полети на дълги разстояния е транспортирането на достатъчно кислород за дишане на астронавтите и достатъчно гориво за работа със сложна електроника. За съжаление, в космоса практически няма кислород, така че трябва да се съхранява на Земята.
Но нови изследвания, публикувани в Nature Communications, показват, че е възможно да се произвеждат водород (за гориво) и кислород (за дишане) от вода, като се използват само полупроводникови материали, слънчева светлина (или звездна светлина) и безтегловност, което прави пътуването на дълги разстояния по-осъществимо.
Използване на неограничения ресурс на Слънцето за захранване на нашите Ежедневието- един от най-глобалните проблеми на Земята. Докато бавно се отдалечаваме от петрола и се насочваме към възобновяеми енергийни източници, изследователите се интересуват от възможността за използване на водород като гориво. По най-добрия начинза да направите това би означавало да разделите водата (H2O) на нейните компоненти: водород и кислород. Това е възможно с помощта на процес, известен като електролиза, който включва преминаване на ток през вода, съдържаща някакъв разтворим електролит (като сол - прибл. превод). В резултат на това водата се разпада на кислородни и водородни атоми, всеки от които се освобождава на своя електрод.
Електролиза на вода.
Въпреки че този метод е технически възможен и е известен от векове, той все още не е лесно достъпен на Земята, защото се нуждаем от повече инфраструктура, свързана с водорода - като станции за зареждане с водород.
Водородът и кислородът, получени от водата по този начин, също могат да се използват като гориво космически кораб. Изстрелването на ракета с вода всъщност би било много по-безопасно, отколкото с допълнителна ракетно горивои кислород на борда, тъй като в случай на авария тяхната смес може да бъде експлозивна. Сега в космоса специална технологияще може да разделя водата на водород и кислород, които от своя страна могат да се използват за подпомагане на дишането и функционалността на електрониката (например, използвайки горивни клетки).
Има два варианта за това. Един от тях е електролизата, както на Земята, използвайки електролити и слънчеви панелиза получаване на ток. Но, уви, електролизата е много енергоемък процес и енергията в космоса вече „струва теглото си в злато“.
Алтернатива е използването на фотокатализатори, които работят чрез абсорбиране на фотони от полупроводников материал, поставен във вода. Фотонната енергия „избива“ електрон от материала, оставяйки „дупка“ в него. Свободният електрон може да взаимодейства с протоните във водата, за да образува водородни атоми. Междувременно „дупката“ може да абсорбира електрони от водата, за да образува протони и кислородни атоми. 
Процесът на фотокатализа в земни условия и в микрогравитация (милион пъти по-малко, отколкото на Земята). Както се вижда, във втория случай броят на появяващите се газови мехурчета е по-голям.
Този процес може да бъде обърнат. Водородът и кислородът могат да бъдат рекомбинирани (комбинирани) с помощта на горивна клетка, което води до връщане на слънчевата енергия, изразходвана за фотокатализа и образуването на вода. По този начин тази технология е истинският ключ към космическите пътувания на дълги разстояния.
Процесът с използване на фотокатализатори е най-добрият вариантЗа пътуване в космоса, тъй като оборудването тежи много по-малко от необходимото за електролиза. На теория работата с него в космоса също е по-лесна. Това отчасти се дължи на факта, че интензивността слънчева светлинаизвън земната атмосфера е значително по-висока, тъй като в последната има достатъчно повечето отсветлината се абсорбира или отразява по пътя си към повърхността.
В ново проучване учените изпуснаха напълно работещо експериментално съоръжение за фотокатализа от 120-метрова кула, създавайки условия, наречени микрогравитация. Докато обектите падат на Земята в свободно падане, ефектът на гравитацията намалява (но самата гравитация не изчезва никъде, поради което това се нарича микрогравитация, а не липса на гравитация - прибл. превод), тъй като няма сили, които да компенсират гравитацията на Земята - така по време на падането в инсталацията се създават условия като на МКС.
Експериментална постановка и експериментален процес.
Изследователите успяха да покажат, че при такива условия наистина е възможно да се раздели водата. Въпреки това, тъй като този процес произвежда газ, във водата се образуват мехурчета. Важна задачае да се отървете от мехурчетата от катализаторния материал, тъй като те пречат на процеса на създаване на газ. На Земята гравитацията кара мехурчетата да изплуват на повърхността (водата близо до повърхността е по-плътна от мехурчетата, което им позволява да се носят на повърхността), освобождавайки място в катализатора за образуване на допълнителни мехурчета.
При нулева гравитация това е невъзможно и газовите мехурчета остават върху или близо до катализатора. Учените обаче коригират формата на катализатора в наноразмер, създавайки пирамидални зони, където мехурът може лесно да се откъсне от върха на пирамидата и да влезе във водата, без да пречи на процеса на образуване на нови мехурчета.
Но един проблем остава. При липса на гравитация, мехурчетата ще останат в течността, въпреки че са били принудени да напуснат катализатора. Гравитацията позволява на газа лесно да излезе от течността, което е критично за използването на чист водород и кислород. Без гравитация няма газови мехурчета да плуват на повърхността и да се отделят от течността - вместо това се образува еквивалент на пяна.
Това драстично намалява ефективността на процеса чрез блокиране на катализаторите или електродите. Инженерни решенияоколо този проблем ще бъде от ключово значение за успешното прилагане на технологията в космоса - един от възможни решениясе състои в завъртане на инсталацията: по този начин центробежни силище създаде изкуствена гравитация. Но въпреки това, благодарение на това ново изследване, ние сме една крачка по-близо до дългосрочния човешки космически полет.
На Земята - кислород, в космоса - водород
Вселената съдържа най-много водород (74% от масата). Запазен е от голям взрив. Само малка част от водорода успя да се превърне в по-тежки елементи в звездите. На Земята най-разпространеният елемент е кислородът (46–47%). По-голямата част от него е свързана под формата на оксиди, предимно силициев оксид (SiO 2). Земният кислород и силиций произлизат от масивни звезди, съществували преди раждането на Слънцето. В края на живота си тези звезди експлодираха в свръхнови и изхвърлиха образуваните от тях елементи в космоса. Разбира се, продуктите от експлозията съдържат много водород и хелий, както и въглерод. Тези елементи и техните съединения обаче са силно летливи. В близост до младото Слънце те се изпариха и бяха издухани от радиационното налягане до покрайнините на Слънчевата система.
Десет най-често срещани елемента в галактиката Млечен път*
* Масова частна милион.
Безцветен, запалим газ без мирис. Плътността на водорода при нормални условия е 0,09 kg/m3; плътност на въздуха - 0,07 kg/m3; калоричност - 28670 kcal/kg; минимална енергия на запалване - 0,017 mJ. Образува експлозивна смес с въздух и кислород. Смес с хлор (1:1) експлодира на светлина; с флуор водородсвързва се с експлозия в тъмното; смес с (2:1) - експлозивен газ. Граници на взривяване: от 4 - 75 об. %, с кислород 4,1 - 96 об. %.
В деня, в който запасите му се изчерпят, животът във Вселената ще спре. Веществото, без което животът е невъзможен, „седи” в самия център на нашата планета – в и около ядрото, и оттам „мигрира” навън. Този газ е началото на всички начала. Неговото име - " водород».
Водороднамерени в и около ядрото. Следва плътната мантия. Но този газ тихо мигрира през дебелината скали. Когато Земята беше млада, имаше много повече водород в дълбините и от дълбините той излезе из цялата Земя. Когато стана по-малко, процесът се стабилизира относително и водородзапочнаха да „излизат“ в специални зони, по разломите на океанските хребети.
със сигурност модерен животна Земята е възникнал при определен кислороден потенциал. Но за да бъдем обективни, ние дължим началото на всички начала на нашата планета водород. Именно динамичният цикъл на водорода, процесът на неговото навлизане от недрата на Земята, а не въглеродът, както се смяташе преди, стана източникът на произхода на живота на Земята.
Водородът и Вселената
Обикновено, за да подчертаят значението на определен елемент, те казват: ако го нямаше, тогава щеше да се случи това и това. Но, като правило, това не е нищо повече от реторичен прием. И тук водородможе някой ден наистина да не стане, защото непрекъснато гори в недрата на звездите, превръщайки се в инертен.
Водородът е най-разпространеният елемент в космоса. Тя представлява около половината от масата на Слънцето и повечето други звезди. Намира се в газови мъглявини, в междузвезден газ и е част от звездите. В дълбините на звездите се случва трансформацията на атомните ядра водородв ядрата на хелиевите атоми. Този процес протича с освобождаване на енергия; За много звезди, включително Слънцето, той служи като основен източник на енергия.
Всяка секунда Слънцето излъчва енергия, еквивалентна на четири милиона тона маса в открития космос. Тази енергия се създава по време на сливането на четири ядра водород, протони, в ядрото. „Изгарянето“ на един грам протони освобождава двадесет милиона пъти повече енергия от изгарянето на грам въглища. Никой никога не е наблюдавал такава реакция на Земята: тя се случва при температура и налягане, които съществуват само в дълбините на звездите и все още не са овладени от хората.
Мощност, еквивалентна на загуба на маса от четири милиона тона всяка секунда, е невъзможно да си представим: дори при най-мощната термоядрен взрив само около килограм материя се превръща в енергия. Скоростта на процеса обаче, т.е. Брой ядра водород, превръщайки се в хелиеви ядра в един кубичен метър за една секунда, е малък. Следователно количеството енергия, отделена за единица време на единица обем, е малко. По този начин се оказва, че специфичната мощност на Слънцето е незначителна - много по-малка от мощността на такова „топлогенериращо устройство“ като самия човек! А изчисленията показват, че Слънцето ще продължи да свети без отслабване поне още тридесет милиарда години. Достатъчно за живота ни.
Раждане на вода
Открит е водородътпрез първата половина на 16 век от немския лекар и естествоизпитател Парацелз. В трудовете на химиците от 16-18 век. беше споменат "запалим газ" или "запалим въздух", който при комбиниране с обикновения газ произвеждаше експлозивни смеси. Получава се чрез въздействие върху някои метали (желязо, цинк, калай) с разредени разтвори на киселини - сярна и солна.
Първият учен, който описва свойствата на този газ, е английският учен Хенри Кавендиш. Той определя неговата плътност и изучава горенето във въздуха, но придържането към теорията на флогистона* не позволява на изследователя да разбере същността на протичащите процеси.
През 1779 г. получава Антоан Лавоазие водородпри разлагане на водата, преминавайки нейните пари през нажежена желязна тръба. Лавоазие също доказа, че когато „горимият въздух“ взаимодейства с кислорода, се образува вода, а газовете реагират в обемно съотношение 2:1. Това позволи на учения да определи състава на водата - H2O. Лавоазие и колегите му извличат името на елемента - Hydrogenium - от гръцките думи "gidor" - вода и "gennao" - раждам. Руско име "водород"е предложен от химика М. Ф. Соловьов през 1824 г. - по аналогия с "кислорода" на Ломоносов.
Водород- безцветен газ, без вкус и мирис, слабо разтворим във вода. Той е 14,5 пъти по-лек от въздуха - най-лекият от газовете. Ето защо водородТе са пълнили балони и дирижабли. При температура от -253°C водородът се втечнява. Тази безцветна течност е най-леката от всички известни: 1 ml тежи по-малко от една десета от грама. При -259°C течният водород замръзва, превръщайки се в безцветни кристали.
Молекули H2толкова малки, че лесно преминават не само през малки пори, но и през метали. Някои от тях, като никел, могат да абсорбират голям брой водороди го задръжте в атомна форма в празнините кристална решетка. Загрятото до 250°C паладиево фолио преминава свободно водород; Това се използва за цялостно почистване от други газове.
С разтворимост водородв металите е свързано със способността му да дифундира през металите. Освен това, като най-лекият газ, водородима най-висока скорост на дифузия: неговите молекули по-бързо от молекулитевсички други газове се разпространяват в околната среда на друго вещество и преминават през него различни видовепрегради.
Водород - активно вещество, лесно влизащи в химична реакция. Когато гори, се отделя много топлина и единственият продукт на реакцията е вода: 2H2 + O2 = 2H2O. Човек може само да мечтае за такова екологично чисто гориво!
Днес (макар и в ограничени количества засега) автомобили с водороддвигатели. Това е BMW Hydrogen 7, който използва течно гориво като гориво. водород; бус Mercedes Citaro и лек автомобил Mazda RX-8 Hydrogen, работещи едновременно на бензин и водород. А компанията Boeing разработва безпилотен самолет с голяма надморска височина и продължителност на полета (High Altitude Long Endurance (HALE). Самолетът е оборудван с водороддвигател, произведен от Ford Motor Company. Развитието обаче водороденергийната индустрия се въздържа висока степенрискове при работа с този газ, както и трудности при съхранението му.
Изживяване, което едва не струва живота ви
С кислород от въздуха водородобразува експлозивна смес - експлозивен газ. Ето защо при работа с водородтрябва да се внимава специално. Чисто водородГори почти безшумно, а при смесване с въздух издава характерен силен пукот. Експлозия на детониращ газ в епруветка не представлява опасност за експериментатора, но може да настъпи сериозно нараняване при използване на колба с плоско дъно или дебел стъклен съд.
Водородима двойна химическа природа, проявявайки както окислителни, така и редуциращи свойства. В повечето реакции той действа като редуциращ агент, образувайки съединения, в които степента му на окисление е +1. Но при реакции с активни метали той действа като окислител: степента му на окисление в съединения с метали е -1.
По този начин, като се отдаде един електрон, водородпоказва сходство с металите от първа група на периодичната таблица и чрез добавяне на електрон с неметалите от седма група. Ето защо водород V периодичната таблицаобикновено се поставя или в първата група и в същото време в скоби в седмата, или в седмата група и в скоби в първата.
Използване и производство на водород
Използвани водородпри производството на метанол, хлороводород, за хидрогениране на растителни мазнини (при производството на маргарин), също и за възстановяване на метали (молибден, волфрам, индий) от оксиди. Водородно-кислороден пламък (3000°C) заварява и реже огнеупорни металии сплави. Течност водородслужи като ракетно гориво.
По време на хидрогениране на въглища и нефт, лошо водороднискокачествените горива се трансформират във висококачествени.
Водородизползвани за охлаждане на мощни генератори електрически ток, а неговите изотопи се използват в ядрената енергетика.
В промишлеността водородът се произвежда чрез електролиза водни разтворисоли (например NaCl, Na2CO4), както и по време на превръщането на твърди и газообразно гориво– въглища и природен газ. Процесите на преобразуване протичат при температура около 1000°C в присъствието на катализатори. Получената газова смеснаречен синтез газ.
Почти всеки домашна аптечкаима бутилка с 3% разтвор на пероксид водород H2O2. Използва се за дезинфекция на рани и спиране на кървенето.
В зависимост от предназначението, технически водородПредлага се в компресирана и некомпресирана форма в две марки:
Водород от клас „А“- използвани в електрониката, фармацевтиката, химически индустрии, в праховата металургия: за отлагане на огнеупорни съединения от метални оксиди; при синтероване на продукти, направени от прахообразни материали, съдържащи хром и неръждаеми стомани.
- използва се в енергетиката, електрониката, химическата, цветната металургия, фармацевтичната промишленост.
Водородът (H) е много лек химичен елемент, със съдържание в земната кора 0,9% тегловни, а във вода 11,19%.
Характеристики на водорода
Той е първият сред газовете по лекота. При нормални условия е безвкусен, безцветен и абсолютно без мирис. Когато влезе в термосферата, той отлита в космоса поради ниското си тегло.
В цялата Вселена той е най-многобройният химичен елемент (75% от общата маса на веществата). Толкова много, че много звезди космическо пространствосе състои изцяло от него. Например Слънцето. Основният му компонент е водородът. А топлината и светлината са резултат от освобождаването на енергия, когато ядрата на даден материал се сливат. Също така в космоса има цели облаци от неговите молекули с различни размери, плътности и температури.
Физични свойства
Високата температура и налягане значително променят качествата му, но при нормални условия той:
Той има висока топлопроводимост в сравнение с други газове,
Нетоксичен и слабо разтворим във вода,
С плътност от 0,0899 g/l при 0°C и 1 atm.
Превръща се в течност при температура -252,8°C
Става твърд при -259,1°C.,
Специфична топлина на изгаряне 120.9.106 J/kg.
Да се превърне в течност или в твърдо състояниеизисква се високо наляганеи много ниски температури. Във втечнено състояние е течен и лек.
Химични свойства
Под налягане и при охлаждане (-252,87 градуса С) се получава водород течно състояние, който е по-лек по тегло от всеки аналог. Заема по-малко място в него, отколкото в газообразна форма.
Това е типичен неметал. В лабораториите се произвежда чрез взаимодействие на метали (като цинк или желязо) с разредени киселини. При нормални условия той е неактивен и реагира само с активни неметали. Водородът може да отделя кислорода от оксидите и да редуцира металите от съединенията. Той и неговите смеси образуват водородни връзки с определени елементи.
Газът е силно разтворим в етанол и в много метали, особено паладий. Среброто не го разтваря. Водородът може да се окисли по време на изгаряне в кислород или въздух и при взаимодействие с халогени.
Когато се свърже с кислорода, се образува вода. Ако температурата е нормална, тогава реакцията протича бавно, ако е над 550 ° C, експлодира (превръща се в детониращ газ).
Откриване на водород в природата
Въпреки че на нашата планета има много водород, чиста формане е лесно да се намери. Малко може да се намери по време на вулканични изригвания, по време на производство на нефт и където органичната материя се разлага.
Повече от половината от общото количество е в състава с вода. Включен е и в състава на нефт, различни глини, запалими газове, животни и растения (присъствието във всяка жива клетка е 50% от броя на атомите).
Цикъл на водорода в природата
Всяка година колосално количество (милиарди тонове) растителни остатъци се разлагат във водни тела и почва и това разлагане освобождава огромна маса водород в атмосферата. Отделя се и при всякаква ферментация, причинена от бактерии, горене и заедно с кислорода участва в кръговрата на водата.
Приложения на водород
Елементът се използва активно от човечеството в неговите дейности, така че се научихме да го получаваме индустриален мащабЗа:
Метеорология, химическо производство;
производство на маргарин;
Като ракетно гориво (течен водород);
Електроенергетика за охлаждане на електрически генератори;
Заваряване и рязане на метали.
Много водород се използва при производството на синтетичен бензин (за подобряване на качеството на нискокачествено гориво), амоняк, хлороводород, алкохоли и други материали. Ядрената енергияактивно използва своите изотопи.
Лекарството "водороден пероксид" се използва широко в металургията, електронната промишленост, производството на целулоза и хартия, за избелване на ленени и памучни тъкани, за производство на бои за коса и козметика, полимери и в медицината за лечение на рани.
"Експлозивният" характер на този газ може да се превърне в смъртоносно оръжие - водородна бомба. Експлозията му е придружена от изпускане голямо количество радиоактивни веществаи разрушителен за всичко живо.
Контакт между течен водород и кожатазаплашва тежко и болезнено измръзване.
