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| Nombres | |||
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| Nombre IUPAC Hidrógeno líquido | |||
| Otros nombres Hidrógeno (líquido criogénico); hidrógeno, líquido refrigerado; LH 2 , parahidrógeno | |||
| Identificadores | |||
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Modelo 3D ( JSmol ) | |||
| CHEBI | |||
| ChemSpider | |||
| KEGG | |||
PubChem CID | |||
| Número RTECS |
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| UNII | |||
| un numero | 1966 | ||
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| Propiedades | |||
| H 2 | |||
| Masa molar | 2,016 g · mol −1 | ||
| Apariencia | Líquido incoloro | ||
| Densidad | 70,85 g / L (4,423 libras / pies cúbicos) [1] | ||
| Punto de fusion | −259,14 ° C (−434,45 ° F; 14,01 K) [2] | ||
| Punto de ebullición | −252,87 ° C (−423,17 ° F; 20,28 K) [2] | ||
| Peligros | |||
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| NFPA 704 (diamante de fuego) | |||
| 571 ° C (1060 ° F; 844 K) [2] | |||
| Límites explosivos | LEL 4,0%; UEL 74,2% (en aire) [2] | ||
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |||
 verificar ( ¿qué es ?)  | |||
| Referencias de Infobox | |||
El hidrógeno líquido (LH2 o LH 2 ) es el estado líquido del elemento hidrógeno . El hidrógeno se encuentra naturalmente en el molecular H 2 formulario. [ cita requerida ]
Para existir como un líquido, H 2 debe ser enfriado por debajo de su punto crítico de 33 K . Sin embargo, para que esté en un estado completamente líquido a presión atmosférica , el H 2 debe enfriarse a 20,28 K (-252,87 ° C; -423,17 ° F). [3] Un método común para obtener hidrógeno líquido implica un compresor que se asemeja a un motor a reacción tanto en apariencia como en principio. El hidrógeno líquido se usa típicamente como una forma concentrada de almacenamiento de hidrógeno.. Como ocurre con cualquier gas, almacenarlo como líquido ocupa menos espacio que almacenarlo como gas a temperatura y presión normales. Sin embargo, la densidad del líquido es muy baja en comparación con otros combustibles comunes. Una vez licuado, puede mantenerse como líquido en recipientes presurizados y térmicamente aislados.
Hay dos isómeros de espín de hidrógeno ; El hidrógeno líquido consta de un 99,79% de parahidrógeno y un 0,21% de ortohidrógeno. [3]
Historia [ editar ]
En 1885, Zygmunt Florenty Wróblewski publicó la temperatura crítica del hidrógeno como 33 K; presión crítica, 13,3 atmósferas; y punto de ebullición, 23 K.
El hidrógeno fue licuado por James Dewar en 1898 usando enfriamiento regenerativo y su invención, el matraz de vacío . Paul Harteck y Karl Friedrich Bonhoeffer lograron la primera síntesis de la forma de isómero estable de hidrógeno líquido, el parahidrógeno, en 1929.
Isómeros de giro del hidrógeno [ editar ]
Los dos núcleos de una molécula de dihidrógeno pueden tener dos estados de giro diferentes . El parahidrógeno, en el que los dos espines nucleares son antiparalelos, es más estable que el ortohidrógeno, en el que los dos son paralelos. A temperatura ambiente, el hidrógeno gaseoso se encuentra principalmente en forma orto isomérica debido a la energía térmica, pero una mezcla enriquecida en orto solo es metaestable cuando se licua a baja temperatura. Sufre lentamente una reacción exotérmica para convertirse en el isómero para, con suficiente energía liberada como calor para hacer que parte del líquido hierva. [4] Para evitar la pérdida del líquido durante el almacenamiento a largo plazo, por lo tanto, se convierte intencionalmente en el isómero para como parte del proceso de producción, por lo general utilizando uncatalizador como óxido de hierro (III) , carbón activado , asbesto platinizado, metales de tierras raras, compuestos de uranio, óxido de cromo (III) o algunos compuestos de níquel. [4]
Usos [ editar ]
El hidrógeno líquido es un combustible líquido común para cohetes para aplicaciones de cohetes ; tanto la NASA como la Fuerza Aérea de los Estados Unidos operan una gran cantidad de tanques de hidrógeno líquido con una capacidad individual de hasta 3.8 millones de litros (1 millón de galones estadounidenses). [5] En la mayoría de los motores de cohetes alimentados con hidrógeno líquido, primero enfría la boquilla y otras partes antes de mezclarse con el oxidante, generalmente oxígeno líquido (LOX), y quemarse para producir agua con trazas de ozono y peróxido de hidrógeno . Práctico H 2 –O 2Los motores de cohetes funcionan con un alto contenido de combustible, por lo que el escape contiene algo de hidrógeno no quemado. Esto reduce la erosión de la cámara de combustión y la boquilla. También reduce el peso molecular del escape, que en realidad puede aumentar el impulso específico , a pesar de la combustión incompleta.
| RTECS | MW8900000 |
|---|---|
| PEL- OSHA | Asfixiante simple |
| ACGIH TLV-TWA | Asfixiante simple |
El hidrógeno líquido se puede utilizar como combustible para un motor de combustión interna o una pila de combustible . Se han construido varios submarinos (submarino Tipo 212 , submarino Tipo 214 ) y vehículos de hidrógeno de concepto utilizando esta forma de hidrógeno (ver DeepC , BMW H2R ). Debido a su similitud, los constructores a veces pueden modificar y compartir equipos con sistemas diseñados para gas natural licuado (GNL). Sin embargo, debido a la menor energía volumétrica , los volúmenes de hidrógeno necesarios para la combustión son grandes. A menos que sea por inyección directa se utiliza, un efecto de desplazamiento de gas severo también dificulta la respiración máxima y aumenta las pérdidas por bombeo.
El hidrógeno líquido también se utiliza para enfriar neutrones que se utilizarán en la dispersión de neutrones . Dado que los neutrones y los núcleos de hidrógeno tienen masas similares, el intercambio de energía cinética por interacción es máximo ( colisión elástica ). Por último, se utilizó hidrógeno líquido sobrecalentado en muchos experimentos con cámaras de burbujas .
La primera bomba termonuclear , Ivy Mike , utilizó deuterio líquido (hidrógeno-2) para la fusión nuclear.
Propiedades [ editar ]
El producto de su combustión con oxígeno solo es vapor de agua (aunque si su combustión es con oxígeno y nitrógeno, puede formar sustancias químicas tóxicas [ cita requerida ] ), que se pueden enfriar con algo del hidrógeno líquido. Dado que el agua a menudo se considera inofensiva para el medio ambiente, un motor que la quema puede considerarse "cero emisiones". En la aviación, sin embargo, el vapor de agua emitido a la atmósfera contribuye al calentamiento global (en menor medida que el CO 2 ). [6] El hidrógeno líquido también tiene una energía específica mucho más alta que la gasolina, el gas natural o el diesel. [7]
La densidad del hidrógeno líquido es de solo 70,99 g / L (a 20 K ), una densidad relativa de solo 0,07. Aunque la energía específica es más del doble que la de otros combustibles, esto le da una densidad de energía volumétrica notablemente baja , muchas veces menor.
El hidrógeno líquido requiere tecnología de almacenamiento criogénico , como contenedores especiales con aislamiento térmico, y requiere un manejo especial común a todos los combustibles criogénicos . Esto es similar al oxígeno líquido , pero más grave . Incluso con contenedores con aislamiento térmico, es difícil mantener una temperatura tan baja y el hidrógeno se escapará gradualmente (típicamente a una tasa del 1% por día [7] ). También comparte muchos de los mismos problemas de seguridad que otras formas de hidrógeno, además de ser lo suficientemente frío como para licuar, o incluso solidificar, el oxígeno atmosférico, lo que puede representar un peligro de explosión.
El punto triple del hidrógeno está a 13,81 K [3] 7,042 kPa. [8]
Se forman burbujas de hidrógeno líquido en dos matraces de vidrio en el laboratorio de Bevatron , c. 1950
Un gran tanque de hidrógeno en una cámara de vacío en el Centro de Investigación Lewis en 1967
Depósito de hidrógeno líquido de Linde , Museum Autovision , Altlußheim , Alemania
Seguridad [ editar ]
Debido a sus bajas temperaturas, el hidrógeno líquido es un peligro de quemaduras por frío . El hidrógeno elemental como líquido es biológicamente inerte y su único peligro para la salud humana como vapor es el desplazamiento del oxígeno, lo que resulta en asfixia. Debido a su inflamabilidad, el hidrógeno líquido debe mantenerse alejado del calor o las llamas, a menos que se pretenda encenderlo.
Ver también [ editar ]
- Gas industrial
- Licuefacción de gases
- Seguridad del hidrógeno
- Hidrógeno comprimido
- Crio-adsorción
- Relación de expansión
- Equivalente de galones de gasolina
- Granizado de hidrógeno
- Hidrógeno sólido
- Hidrógeno metálico
- Infraestructura de hidrógeno
- Aviones propulsados por hidrógeno
- Carro tanque de hidrógeno líquido
- Depósito de hidrógeno líquido
Referencias [ editar ]
- ^ Propiedades termofísicas del hidrógeno , nist.gov, consultado el 14 de septiembre de 2012
- ^ a b c d Información específica del hidrógeno líquido Archivado el 17 de julio de 2009 en Wayback Machine , harvard.edu, consultado el 12 de junio de 2009
- ^ a b c IPTS-1968 , iupac.org, consultado el 1 de enero de 2020
- ^ a b "Licuefacción de gases" permanentes " (PDF de notas de clase) . 2011 . Consultado el 16 de octubre de 2017 .
- ^ Flynn, Thomas (2004). Ingeniería criogénica, segunda edición, revisada y ampliada . Prensa CRC. pag. 401. ISBN 978-0-203-02699-1.
- ↑ Nojoumi, H. (10 de noviembre de 2008). "Evaluación de las emisiones de gases de efecto invernadero de la propulsión de aeronaves alimentadas con hidrógeno y queroseno". Revista Internacional de Energía de Hidrógeno . 34 (3): 1363-1369. doi : 10.1016 / j.ijhydene.2008.11.017 .
- ^ a b Hidrógeno como combustible alternativo. Archivado el 8 de agosto de 2008 en la Wayback Machine . Almc.army.mil. Consultado el 28 de agosto de 2011.
- ^ Cengel, Yunus A. y Turner, Robert H. (2004). Fundamentos de las ciencias de los fluidos térmicos , McGraw-Hill, p. 78, ISBN 0-07-297675-6
