액체 수소

Liquid hydrogen
액체 수소
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Liquid Hydrogen pour.jpg
이름
IUPAC 이름
액체 수소
기타 이름
수소(초저온 액체), 수소, 냉동 액체, LH2, 파라 수소
식별자
3D 모델(JSmol)
체비
켐스파이더
케그
RTECS 번호
  • MW8900000
유니
UN 번호 1966
  • InChI=1S/H2/h1H checkY
    키: UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N checkY
  • InChI=1/H2/h1h
  • [H] [H]
특성.
H2
몰 질량 2.016 g/표준−1
외모 무색 액체
밀도 70.85 g/L (4.423 lb/cu ft)[1]
녹는점 -259.14°C(-434.45°F, 14.01K)[2]
비등점 -252.87°C(-423.17°F, 20.28K)[2]
위험 요소
GHS [3]라벨링:
GHS02: FlammableGHS04: Compressed Gas
위험.
H220, H280
P210, P377, P381, P403
NFPA 704(파이어 다이아몬드)
571 °C (1,060 °F, 844 K)[2]
폭발 한계 LEL 4.0%, UEL 74.2%(공기 [2]중)
달리 명시되지 않은 한 표준 상태(25°C[77°F], 100kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.

액체 수소(LH2 또는2 LH)는 수소 원소액체 상태입니다.수소는 분자2 H [4]형태로 자연적으로 발견된다.

액체로 존재하기 위해서는2 H임계점33 K 이하로 냉각해야 한다.그러나 대기압에서 완전히 액체 상태가 되려면 H를2 20.28K(-252.87°C; -423.17°F)[5]로 냉각해야 합니다.액체 수소를 얻는 일반적인 방법 중 하나는 외관 및 원리 모두에서 제트 엔진과 유사한 압축기를 포함한다.액체 수소는 일반적으로 농축된 형태의 수소 저장으로 사용됩니다.어떤 기체에 대해서도 상온과 압력에서 기체로 저장하는 것보다 액체로 저장하는 것이 더 적은 공간을 차지합니다.하지만, 액체 밀도는 다른 일반적인 연료에 비해 매우 낮다.액화가 완료되면 가압 및 단열 용기에 [6]담긴 액체로 유지할 수 있습니다.

수소에는 두 가지 스핀 이성질체가 있습니다. 액체 수소는 99.79%의 파라히드로소와 0.21%[5]의 오르소수소로 구성됩니다.

역사

1885년 지그문트 플로렌티 브로블레스키는 수소의 임계 온도를 33K, 임계 압력은 13.3기압, 비등점은 23K라고 발표했다.

수소는 1898년 제임스 듀어에 의해 재생 냉각과 그의 발명품인 진공 플라스크를 사용하여 액화되었습니다.액체 수소의 안정적인 이성질체 형태인 파라히드로겐의 첫 번째 합성은 1929년 Paul Harteck와 Karl Friedrich Bonhoffer에 의해 이루어졌다.

수소의 스핀 이성질체

이수소 분자에 있는 두 개의 핵은 두 의 다른 스핀 상태를 가질 수 있다. 스핀이 반평행인 파라히드로겐은 두 핵 스핀이 평행인 오르소수소보다 안정적이다.상온에서 수소가스는 열에너지로 인해 대부분 오르토 이성질체 형태이지만 오르토 농축 혼합물은 저온에서 액화되어야만 전이가 가능하다.그것은 액체의 일부를 [7]끓게 하기 위해 충분한 에너지가 열로 방출되면서 파라 이성질체가 되기 위해 서서히 발열 반응을 거친다.따라서 장기 저장 시 액체의 손실을 방지하기 위해 생산 공정의 일부로 의도적으로 파라 이성질체로 전환되며, 일반적으로 철(II) 산화물, 활성탄, 평탄화 석면, 희토류 금속, 우라늄 화합물, 크롬(III) 산화물 또는 니켈 [7]화합물과 같은 촉매를 사용합니다.

사용하다

액체 수소는 로켓을 위한 일반적액체 로켓 연료입니다. NASA와 미국 공군각각 최대 380만 리터(100만 미국 갤런)[8]의 용량을 가진 다수의 액체 수소 탱크를 운영하고 있습니다.액체 수소를 연료로 하는 대부분의 로켓 엔진에서, 그것은 산화제섞이기 전에 노즐과 다른 부분들을 먼저 냉각시키고 오존과 과산화수소의 흔적을 가진 물을 만들기 위해 연소한다.실용적인2 H-O2 로켓 엔진은 연료가 풍부하게 작동하기 때문에 배기 가스에 미연소 수소가 포함되어 있습니다.이를 통해 연소실과 노즐의 침식을 줄일 수 있습니다.그것은 또한 불완전 연소에도 불구하고 실제로 비충동을 증가시킬 수 있는 배기의 분자량을 감소시킨다.

액체 수소
DOT Hazardous Material Placard liquid hydrogen.jpg
RTECSMW8900000
PEL-OSHA단순 질식제
ACGIH TLV-TWA단순 질식제

액체수소는 내연기관이나 연료전지의 연료로 사용할 수 있다.다양한 잠수함(Type 212 잠수함, Type 214 잠수함)과 컨셉트 수소 차량은 이러한 형태의 수소를 사용하여 제작되었습니다(DeepC, BMW H2R 참조).유사성 때문에 건설업자들은 때때로 액화천연가스(LNG)를 위해 설계된 시스템과 장비를 수정하고 공유할 수 있다.그러나 부피 에너지가 낮기 때문에 연소에 필요한 수소 부피가 큽니다.직접 분사를 사용하지 않는 한, 심각한 가스 변위 효과도 최대 호흡을 방해하고 펌핑 손실을 증가시킵니다.

액체 수소는 중성자 산란에 사용되는 중성자를 냉각하는 데에도 사용된다.중성자와 수소 핵은 질량이 비슷하기 때문에 상호작용당 운동 에너지 교환은 최대이다(탄성 충돌).마지막으로, 과열된 액체 수소는 많은 버블 챔버 실험에 사용되었다.

번째 열핵폭탄아이비 마이크는 핵융합을 위해 액체 중수소(수소-2)를 사용했다.

특성.

순수한 산소 환경에서 수소 연소의 산물은 전적으로 수증기이다.그러나 높은 연소 온도와 현재의 대기 질소는 N scrubbingN 결합을 파괴하여 배기 스크러빙을 하지 [9]않을 경우 독성 NOx를 형성할 수 있습니다.물은 종종 환경에 무해한 것으로 간주되기 때문에, 물을 태우는 엔진은 "배출량 제로"로 간주될 수 있습니다.그러나 항공에서는 대기 중에 방출되는 수증기가 지구 온난화의 원인이 된다(CO보다 [10]적은2 정도).액체 수소는 또한 가솔린, 천연 가스 또는 [11]디젤보다 훨씬 높은에너지를 가지고 있다.

액체 수소의 밀도는 70.85g/L(20K에서)에 불과하며, 상대 밀도는 0.07에 불과하다.비에너지는 다른 연료보다 2배 이상 높지만 부피 측정 에너지 밀도가 현저히 낮아져 많은 양이 낮은 편입니다.

액체 수소는 특수 단열 용기 등 극저온 저장 기술이 필요하며 모든 극저온 연료에 공통되는 특수 취급이 필요합니다.이것은 액체 산소와 비슷하지만 더 심각합니다.단열 용기를 사용하더라도 이렇게 낮은 온도를 유지하는 것은 어렵고, 수소는 점차적으로 누출됩니다(일반적으로[11] 하루에 1%의 비율로).그것은 또한 폭발 위험이 될 수 있는 대기 산소를 액화시키거나 굳힐 수 있을 만큼 충분히 차가울 뿐만 아니라 다른 형태의 수소와 같은 많은 안전 문제를 공유한다.

수소의 삼중점은 13.81K[5] 7.042kPa이다.[12]

안전.

액체 수소는 차가운 온도 때문에 차가운 화상의 위험이 있습니다.액체로서의 원소 수소는 생물학적으로 불활성이며, 증기로서의 인간의 건강상의 유일한 위험은 산소의 변위이며, 질식을 초래한다.액체 수소는 가연성 때문에 발화를 의도하지 않는 한 열이나 화염으로부터 멀리해야 한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 수소 열물리학적 특성, nist.gov, 2012-09-14에 접속
  2. ^ a b c d 액체 수소대한 고유 정보 2009-07-17 Wayback Machine, harvard.edu에 보관된 2009-06-12 액세스
  3. ^ GHS: GESTIS 007010
  4. ^ "We've Got (Rocket) Chemistry, Part 1". NASA Blog. Retrieved 3 October 2021.
  5. ^ a b c IPTS-1968, iupac.org, 2020-01-01에 접속
  6. ^ "Liquid Hydrogen Delivery". Energy.gov. Retrieved 2022-07-30.
  7. ^ a b "Liquefaction of "Permanent" Gases" (PDF of lecture notes). 2011. Retrieved 2017-10-16.
  8. ^ Flynn, Thomas (2004). Cryogenic Engineering, Second Edition, Revised and Expanded. CRC Press. p. 401. ISBN 978-0-203-02699-1.
  9. ^ Lewis, Alastair C. (2021-07-22). "Optimising air quality co-benefits in a hydrogen economy: a case for hydrogen-specific standards for NOx emissions". Environmental Science: Atmospheres. 1 (5): 201–207. doi:10.1039/D1EA00037C. ISSN 2634-3606. S2CID 236732702.
  10. ^ Nojoumi, H. (2008-11-10). "Greenhouse gas emissions assessment of hydrogen and kerosene-fueled aircraft propulsion". International Journal of Hydrogen Energy. 34 (3): 1363–1369. doi:10.1016/j.ijhydene.2008.11.017.
  11. ^ a b 대체 연료로서의 수소 2008-08년 웨이백 머신에 보관.Almc.army.mil 를 참조해 주세요.2011년 8월 28일에 취득.
  12. ^ 첸겔, 유누스 A., 터너, 로버트 H. (2004).열유체과학의 기초, McGraw-Hill, 페이지 78, ISBN 0-07-297675-6