Металлический водород изменит лицо техники — до тех пор, пока он не испарится

В кузницах XNUMX века не куют ни сталь, ни даже титан или сплавы редкоземельных элементов. В сегодняшних алмазных наковальнях с металлическим блеском сияло то, что мы знаем до сих пор как самый неуловимый из газов…

Водород в таблице Менделеева находится на вершине первой группы, в которую входят только щелочные металлы, то есть литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франция. Неудивительно, что ученые давно задавались вопросом, не имеет ли он тоже своей металлической формы. В 1935 году Юджин Вигнер и Хиллард Белл Хантингтон первыми предложили условия, при которых водород может стать металлическим. В 1996 году американские физики Уильям Неллис, Артур Митчелл и Сэмюэл Вейр из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса сообщили, что водород был случайно получен в металлическом состоянии с помощью газовой пушки. В октябре 2016 года Ранга Диас и Исаак Сильвера объявили, что им удалось получить металлический водород при давлении 495 ГПа (примерно 5 × 10⁶ атм) и при температуре 5,5 К в алмазной камере. Однако эксперимент авторами не повторялся и не был подтвержден независимо, в результате чего часть научного сообщества ставит под сомнение сформулированные выводы.

Есть предположения, что металлический водород может находиться в жидкой форме под высоким гравитационным давлением. внутри гигантских газовых планетнапример Юпитер и Сатурн.

В конце января этого года группа проф. Исаак Сильвери из Гарвардского университета сообщил, что в лаборатории был получен металлический водород. Они подвергли образец давлению 495 ГПа в алмазных «наковальнях», молекулы которых образуют газ H₂ распался, и из атомов водорода образовалась металлическая структура. По мнению авторов эксперимента, полученная структура метастабильначто означает, что он остается металлическим даже после прекращения экстремального давления.

Кроме того, по мнению ученых, металлический водород был бы высокотемпературный сверхпроводник. В 1968 году Нил Эшкрофт — физик из Корнельского университета — предсказал, что металлическая фаза водорода может быть сверхпроводящей, то есть проводить электричество без каких-либо потерь тепла и при температурах значительно выше 0°С. Одно это позволило бы сэкономить треть электроэнергии, которая сегодня теряется при передаче и в результате нагревания всех электронных устройств.

При нормальном давлении в газообразном, жидком и твердом состоянии (водород конденсируется при 20 К и затвердевает при 14 К) этот элемент не проводит электричество, поскольку атомы водорода объединяются в молекулярные пары и обмениваются своими электронами. Поэтому не хватает свободных электронов, которые в металлах образуют зону проводимости и являются носителями тока. Только сильное сжатие водорода с целью разрушения связей между атомами позволяет теоретически высвободить электроны и сделать водород проводником электричества и даже сверхпроводником.

Водород, сжатый в металлическую форму между алмазами

Новая форма водорода может также служить ракетное топливо с исключительными характеристиками. «Для производства металлического водорода требуется огромное количество энергии, — объясняет профессор. Серебряный. «Когда эта форма водорода превращается в молекулярный газ, высвобождается много энергии, что делает его самым мощным ракетным двигателем, известным человечеству».

Удельный импульс двигателя, работающего на этом топливе, составит 1700 секунд. В настоящее время обычно используются водород и кислород, а удельный импульс таких двигателей составляет 450 секунд. По словам ученого, новое топливо позволит нашему космическому кораблю выйти на орбиту с помощью одноступенчатой ​​ракеты с большей полезной нагрузкой и позволит ему достичь других планет.

В свою очередь металлический водородный сверхпроводник, работающий при комнатной температуре, позволил бы строить высокоскоростные транспортные системы с использованием магнитной левитации, повысил бы эффективность электромобилей и эффективность многих электронных устройств. Произойдет революция и на рынке накопителей энергии. Поскольку сверхпроводники имеют нулевое сопротивление, можно было бы хранить энергию в электрических цепях, где она циркулирует до тех пор, пока она не понадобится.

Будьте осторожны с этим энтузиазмом

Однако эти блестящие перспективы не совсем очевидны, поскольку ученым еще предстоит убедиться, что металлический водород стабилен при обычных условиях давления и температуры. Представители научного сообщества, к которым СМИ обратились за комментариями, настроены скептически или, в лучшем случае, сдержанно. Самый распространенный постулат — повторить эксперимент, потому что один предполагаемый успех — это… только предполагаемый успех.

На данный момент небольшой кусочек металла можно разглядеть только за вышеупомянутые две алмазные наковальни, которые использовались для сжатия жидкого водорода при температуре значительно ниже точки замерзания. Является ли прогноз проф. Действительно ли Сильвера и его коллеги сработают? Посмотрим в ближайшее время, как экспериментаторы намерены постепенно снижать давление и повышать температуру образца, чтобы выяснить это. И при этом они надеются, что водород просто… не испарится.