Свойства жидкого водорода

Содержание
  1. Проблемы водородной энергетики
  2. 1. Хранение газообразного водорода под давлением.
  3. 2. Хранение водорода в жидком виде.
  4. Обобщая вышенаписанное, подводим итоги:
  5. Часть 6. Современные проблемы хранения водорода
  6. Часть 4.Водород в альтернативной энергетике
  7. Жидкий водород • ru.knowledgr.com
  8. История
  9. Изомеры вращения водорода
  10. Использование
  11. Свойства
  12. См. также
  13. Водород. Физические и химические свойства, получение
  14. Простое вещество водород
  15. Получение водорода
  16. Химические свойства водорода
  17. Свойства и применение водорода
  18. Строение молекулы водорода
  19. Реакция водорода с кислородом
  20. Применение водорода
  21. Водородное топливо
  22. Получение водорода
  23. Физические свойства
  24. Химические свойства
  25. Геохимия водорода
  26. Применение кроме энергетики:
  27. Пожароопасность и взрывоопасность
  28. Жидкий водород: свойства и применение
  29. Физические свойства
  30. Распространенность водорода
  31. Преимущества и препятствия
  32. Ракетное топливо
  33. Водород в баллонах
  34. Свойства водорода
  35. Применение водорода в энергетике
  36. Меры безопасности
  37. Хранение и транспортировка водорода
  38. Продажа, доставка газовых баллонов с водородом
  39. Офис и складской терминал компании «ПРОМГАЗСЕРВИС»

Проблемы водородной энергетики

Свойства жидкого водорода

Если судить по прошлым статьям, где описывалась водородная энергетика и перспективы водородной экономики, то может возникнуть заблуждение, что никаких технологических ограничений к переходу на водород, в принципе, нет. Однако это не так.

Самая большая нерешённая проблема водородной энергетики и перспектив водородной экономики – это хранение водорода.

Хранение водорода обходится ещё дороже, чем его производство. Всё дело в плотности энергии водорода на 1 м3, и в больших утечках.

Также к хранению водорода предъявлен список строгих требований, среди которых главным является то, что системы хранения должны выдерживать либо криогенные температуры, либо высокие давления, либо содержать активные материалы, которые взаимодействуют с водой или воздухом.

То есть условия хранения водорода – всегда неблагоприятные, требующие обеспечения высокой надёжности и безопасности.

Какие существуют методы хранения водорода?

1. Хранение газообразного водорода под давлением.

Самый простой метод хранения водорода – это его газообразная форма под давлением.

1 килограмм водорода при комнатных условиях занимает 11,2 м3 объёма, что очень много. Сжимая газообразный водород, мы увеличиваем его плотность. Согласно уравнению состояния идеального газа, чем выше давление газа, тем меньший объём он занимает.

Сам принцип, инфраструктура и технические решения такого метода уже давно отработаны на хранении природного газа.

Для хранения используются цилиндрические баллоны и трубы большого диаметра (контейнеры).

В обычных стальных баллонах хранится водород под давлением до 200 атмосфер.

В России принят стандарт окраски и маркировки баллонов содержащий сжатый водород: Темно-зеленый баллон, с красной надписью.

При таком давлении в 1 м3 хранится около 17,8килограмм водорода. То есть для хранения 1 кг, водорода при давлении в 20 МПа, нужно 56,3 литра объема. И это честно говоря, вообще трэш с энергетической точки зрения.

Самостоятельно можно подсчитать энергетическую плотность, и узнать, почему это трэш.

Существуют титановые баллоны, способные хранить водород под давлением 400 атмосфер.

Наиболее передовые, композитные баллоны, используемые на автотранспорте, способны безопасно выдерживать давление до 700 атмосфер.

Баки из углепластика со сжатым под давлением 680 атмосфер водородом располагаются под днищем Toyota Mirai.

Однако даже при таком высоком давлении энергетическая плотность водорода составляет всего 4,4 МДж на 1 литр, что более чем в 7 раз меньше аналогичного показателя бензина – 31,6 МДж на 1 литр.

В BMW i Hydrogen NEXT две емкости, в которых под давлением 700 бар хранится 6 кг водорода.

Хранение водорода под рабочим давлением 160 атмосфер в стационарных условиях происходит в трубах-контейнерах, часто объединённых по 18 штук. Это позволяет запасти до 700 кг водорода.

Контейнеры для хранения водорода

2. Хранение водорода в жидком виде.

Плотность жидкого водорода составляет 70,8 кг/м3, что в 1,83 раза больше чем в газообразной форме при давлении в 700 Атмосфер. Соответственно, энергетическая плотность будет более 8 МДж на 1 литр.

Однако сам процесс сжижения водорода энергоёмкий: от 25 до 45 % энергии сжиженного водорода расходуется на сам процесс сжижения, что соответствует 10-14 кВт*ч затрат электроэнергии на 1 кг водорода.

Хранится жидкий водород в криогенных контейнерах, конструкция которых сильно отличается от конструкции композитного баллона для хранения газообразного водорода.

Резервуары для хранения и выдачи жидкого водорода, на 12-ти осных сцепных транспортёрах, ст. Балашиха.Для производства используются высококачественные стали, предназначенные для требуемых температурных диапазонов.

Резервуары оснащены фильтрами тонкой очистки жидкого водорода и пробоотборником специальной конструкции, и имеют высокоэффективную теплоизоляционную систему.

Однако, какой бы хорошей ни была изоляция, потери на испарение водорода существуют, и довольно-таки существенные.

Они особенно заметны для небольших резервуаров с высоким соотношением поверхности к объему.

Наибольших успехов в плане уменьшения утечек добились специалисты BMW. Они разработали и испытали несколько автомобилей с водородным топливом, хранящимся в жидком виде в специальных баллонах. Им удалось уменьшить потери на испарение до 1,5 % массы в день.

Двигатель внутреннего сгорания BMW Hydrogen 7 может работать на бензине, или водороде. На Hydrogen 7 установлен бензобак 74 литра, и баллон для хранения 8 кг водорода.Двигатель внутреннего сгорания BMW Hydrogen 7 может работать на бензине, или водороде. На Hydrogen 7 установлен бензобак 74 литра, и баллон для хранения 8 кг водорода.

При хранении жидкого водорода в стационарных контейнерах нужно учитывать одну особенность: хранение водорода в герметичных ёмкостях в жидком виде нерационально для небольших количеств водорода (менее 1 кг), так как утечка жидкого водорода для небольших количеств очень велика, а оборудование слишком дорогое.

Последние разработки в области контейнерного хранения водорода предлагают хранить водород независимо от условий заполнения.

Баллоны могут быть заполнены жидким водородом при высоком или низком давлении, сжатым газообразным водородом при низкой или комнатной температуре, возможны и комбинации этих операций (если исходная температура баллона находится в диапазоне от 180 до 300 К).

В этом случае водород хранится не в жидком состоянии, а как сжатый криогаз или смесь жидкого и газообразного водорода (в зависимости от условий). Кроме того, в таких системах могут использоваться сорбенты с большой удельной поверхностью. При заполнении жидким водородом обеспечивается высокая плотность и малые потери на испарение.

Обобщая вышенаписанное, подводим итоги:

Распределение молекул H2 в зависимости от условий хранения водорода.

1. Энергоёмкость водорода, хранимого в газообразной форме под давлением до 400 атмосфер, очень маленькая. Баллоны, способные хранить водород под давлением 700 атмосфер, существенно дороже, и тоже обладают недостаточно высокой энергоёмкостью.

2. Стоимость хранения водорода в жидком виде относительно высокая, так как требует соответствующего оборудования с высокой стоимостью.

3. Уровень утечки жидкого водорода для небольших хранилищ, особенно в случае длительного времени хранения, очень высок.

Количество молекул водорода в зависимости от условий хранения.

Всё это заставляет искать новые и более эффективные способы хранения водорода. И они есть. Один из таких способов – это хранение водорода в твёрдых носителях (гидридах металлов), где возможно добиться плотности в 2,7 раза больше, чем в жидком водороде. И об этом в следующей статье.

Часть 6. Современные проблемы хранения водорода

================================================================

P. S. Ссылки на источники теперь находятся в группе !

Часть 4. Водород в альтернативной энергетике

Источник: https://zen.yandex.ru/media/dbk/problemy-vodorodnoi-energetiki-5eee2ee0f1d451486f2d1211

Жидкий водород • ru.knowledgr.com

Свойства жидкого водорода

Жидкий водород (LH2 или ЛЮФТГАНЗА) является жидким состоянием водорода элемента. Водород найден естественно в молекулярной форме H.

Чтобы существовать как жидкость, H должен быть охлажден ниже критической точки водорода 33 K. Однако для водорода, чтобы быть в полном жидком состоянии, не испаряясь при атмосферном давлении, это должно быть охлаждено к 20.28 K (−423.17 °F/−252.87°C).

Одна общепринятая методика получения жидкого водорода включает компрессор, напоминающий реактивный двигатель и в появлении и в принципе. Жидкий водород, как правило, используется в качестве сконцентрированной формы водородного хранения.

Как в любом газе, храня его столь же жидкий занимает меньше места, чем хранение его как газ при нормальной температуре и давлении. Однако жидкая плотность очень низкая по сравнению с другим общим топливом.

После того, как сжижаемый, это может сохраняться как жидкость в герметичных и тепло изолированных контейнерах.

Жидкий водород состоит из параводорода на 99,79%, 0,21% orthohydrogen.

История

В 1885 Зигмунт Флоренти Врвблевский издал критическую температуру водорода как 33 K; критическое давление, 13,3 атмосфер; и точка кипения, 23 K.

Водород сжижался Джеймсом Дево в 1898 при помощи регенеративного охлаждения и его изобретения, термоса. Первый синтез стабильной формы изомера жидкого водорода, параводорода, был достигнут Полом Хартеком и Карлом Фридрихом Бонхеффером в 1929.

Изомеры вращения водорода

Водород комнатной температуры состоит главным образом из формы orthohydrogen.

После производства жидкий водород находится в метастабильном состоянии и должен быть преобразован в параводородную форму изомера, чтобы избежать экзотермической реакции, которая происходит, когда это изменяется при низких температурах, это обычно выполняется, используя катализатор как железо (III) окись, активированный уголь, platinized асбест, редкие земные металлы, составы урана,

хром (III) окись или некоторые составы никеля.

Использование

Это – общее жидкое топливо ракеты для приложений ракеты.

В большинстве ракетных двигателей, заправленных жидким водородом, это сначала охлаждает носик и другие части прежде чем быть смешанным с окислителем (обычно жидкий кислород (ЖИДКИЙ КИСЛОРОД)) и сожженный, чтобы произвести воду со следами озона и перекиси водорода.

Практические ракетные двигатели H2/O2 бегут богатый топливом так, чтобы выхлоп содержал немного несожженного водорода. Это уменьшает эрозия носика и камера сгорания. Это также уменьшает молекулярную массу выхлопа, который может фактически увеличить определенный импульс несмотря на неполное сгорание.

Жидкий водород может использоваться в качестве топливного хранения в двигателе внутреннего сгорания или топливном элементе. Различные субмарины (Субмарина типа 212, субмарина Типа 214) и транспортные средства водорода понятия были построены, используя эту форму водорода (см. DeepC, BMW H2R).

Из-за его подобия, строители могут иногда изменять и делить оборудование с системами, разработанными для СПГ. Однако из-за более низкой объемной энергии, водородные объемы, необходимые для сгорания, большие. Если LH2 не введен вместо газа, питаемые водородом поршневые двигатели обычно требуют больших топливных систем.

Если непосредственный впрыск не используется, серьезный эффект газового смещения также препятствует максимальному дыханию и увеличениям, качающим потери.

Жидкий водород также используется, чтобы охладить нейтроны, которые будут использоваться в нейтронном рассеивании. Так как у нейтронов и водородных ядер есть подобные массы, кинетический энергетический обмен за взаимодействие – максимум (упругое соударение). Наконец, перегретый жидкий водород использовался во многих экспериментах палаты пузыря.

Свойства

Побочный продукт его сгорания с одним только кислородом является водным паром (хотя, если его сгорание с кислородом и азотом, это может сформировать ядохимикаты), который может быть охлажден с частью жидкого водорода.

Так как воду считают безопасной для окружающей среды, двигатель, горящий, это можно считать «нулевой эмиссией». У жидкого водорода также есть намного более высокая определенная энергия, чем бензин, природный газ или дизель.

Плотность жидкого водорода – только 70,99 g/L (в 20 K), относительная плотность всего 0.07. Хотя определенная энергия приблизительно дважды больше чем это другого топлива, это дает ей удивительно низкую объемную плотность энергии, многие сворачиваются ниже.

Жидкий водород требует криогенной технологии хранения, такой как специальные тепло изолированные контейнеры и требует специальной обработки, характерной для всего криогенного топлива. Это подобно, но более серьезно, чем жидкий кислород.

Даже с тепло изолированными контейнерами трудно держать такую низкую температуру, и водород будет постепенно просачиваться (как правило, по уровню 1% в день).

Это также разделяет многие из тех же самых проблем безопасности как другие формы водорода, а также быть достаточно холодным, чтобы сжижать (и возможно укрепиться) атмосферный кислород, который может быть опасностью взрыва.

Тройной пункт водорода в 13.81 7,042 кПа K.

См. также

  • Галлон бензина эквивалентный
  • Водородная инфраструктура
  • Приведенный в действие водородом самолет
  • Автомобиль бака жидкого водорода
  • Жидкий водород tanktainer
  • Грузовик бака жидкого водорода

Источник: http://ru.knowledgr.com/00039796/%D0%96%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%B8%D0%B9%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4

Водород. Физические и химические свойства, получение

Свойства жидкого водорода

Водород H — самый распространённый элемент во Вселенной (около 75 % по массе), на Земле — девятый по распространенности. Наиболее важным природным соединением водорода является вода.Водород занимает первое место в периодической системе (Z = 1).

Он имеет простейшее строение атома: ядро атома – 1 протон, окружено электронным облаком, состоящим из 1 электрона.В одних условиях водород проявляет металлические свойства (отдает электрон), в других — неметаллические (принимает электрон).

В природе встречаются изотопы водорода:  1Н — протий (ядро состоит из одного протона), 2Н — дейтерий (D — ядро состоит из одного протона и одного нейтрона), 3Н — тритий (Т — ядро состоит из одного протона и двух нейтронов).

Простое вещество водород

Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных  между собой ковалентной неполярной связью.
Физические свойства. Водород — бесцветный нетоксичный газ без запаха и вкуса. Молекула водорода не полярна. Поэтому силы межмолекулярного взаимодействия в газообразном водороде малы.

Это проявляется в низких температурах кипения (-252,6 0С) и плавления (-259,2 0С).
Водород легче воздуха, D (по воздуху) = 0,069;  незначительно растворяется в воде (в 100 объемах H2O растворяется 2 объема  H2).

  Поэтому водород при его получении в лаборатории можно собирать методами вытеснения воздуха или воды.

Получение водорода

В лаборатории:

1.Действие разбавленных кислот на металлы:
Zn +2HCl → ZnCl2 +H2↑

2.Взаимодействие щелочных и щ-з металлов с водой:
Ca +2H2O → Ca(OH)2 +H2↑

3.Гидролиз гидридов: гидриды металлов легко разлагаются водой с образованием соответствующей щелочи и водорода:
NaH +H2O → NaOH +H2↑
СаH2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + 2Н2↑

4.Действие щелочей на цинк  или алюминий или кремний:
2Al +2NaOH +6H2O → 2Na[Al(OH)4] +3H2↑
Zn +2KOH +2H2O → K2[Zn(OH)4] +H2↑
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2

5. Электролиз воды. Для увеличения электрической проводимости воды к ней добавляют электролит, например NаОН, Н2SO4 или Na2SO4. На катоде образуется 2 объема водорода, на аноде — 1 объем кислорода.
2H2O → 2H2+О2

Промышленное получение водорода

1. Конверсия метана с водяным паром, Ni 800 °С (самый дешевый):
CH4 + H2O → CO + 3 H2   
CO + H2O → CO2 + H2

В сумме:
CH4 + 2 H2O → 4 H2 + CO2

2. Пары воды через раскаленный кокс при 1000оС:
С + H2O → CO + H2
CO +H2O → CO2 + H2

Образующийся оксид углерода (IV) поглощается водой, этим способом получают 50 % промышленного водорода.

3. Нагреванием метана до 350°С в присутствии железного или нике­левого катализатора:
СH4 → С + 2Н2↑

4. Электролизом водных растворов KCl или NaCl, как побочный продукт:
2Н2О + 2NaCl→ Cl2↑ + H2↑ + 2NaOH

Химические свойства водорода

  • В соединениях водород всегда одновалентен. Для него характерна степень окисления +1, но в гидридах металлов она равна -1.
  • Молекула водорода состоит из двух атомов. Возникновение связи между ними объясняется образованием обобщен­ной пары электронов Н:Н или Н2
  • Благодаря этому обобщению электронов молекула Н2 более энергети­чески устойчива, чем его отдельные атомы. Чтобы разорвать в 1 моль водорода молекулы на атомы, необходимо затратить энергию 436 кДж: Н2 = 2Н, ∆H° = 436 кДж/моль
  • Этим объясняется сравнительно небольшая активность молекулярного водорода при обычной температуре.
  • Со многими неметаллами водород образует газообразные соедине­ния типа RН4, RН3, RН2, RН.

1) С галогенами  образует галогеноводороды:
Н2 + Cl2 → 2НСl.
При этом с фтором — взрывается, с хлором и бромом реагирует лишь при освещении или нагревании, а с йодом только при нагревании.

2) С кислородом:
2Н2 + О2 → 2Н2О
с выделением тепла. При обычных температурах реакция протекает медленно, выше 550°С — со взрывом. Смесь 2 объемов Н2 и 1 объема О2 называется гремучим газом.

3) При нагревании энергично реагирует с серойь(значительно труднее с селеном и теллуром):
Н2 + S → H2S (сероводород),

4) С азотом  с образованием аммиака лишь на катализаторе и при повышенных температурах и давлениях:
ЗН2 + N2 → 2NН3

5) С углеродом при высоких температурах:
2Н2 + С → СН4 (метан)

6) С  щелочными и щелочноземельными металлами  образует гидриды (водород – окислитель):
Н2 + 2Li → 2LiH
в гидридах металлов ион водорода заряжен отрицательно (степень окисления -1), то есть гидрид Na+H— построен подобно хлориду Na+Cl—

Со сложными веществами:

7) С оксидами металлов (используется для восстановления металлов):
CuO + H2 → Cu + H2O
Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4Н2О

8) с оксидом углерода (II):
CO + 2H2 → CH3OH
Синтез — газ (смесь водорода и угарного газа) имеет важное практическое значение, тк в зависимости от температуры, давления и катализатора образуются различные органические соединения, например НСНО, СН3ОН и другие.

9)Ненасыщенные углеводороды реагируют с водородом, переходя в насыщенные:
СnН2n + Н2 → СnН2n+2.

Источник: http://himege.ru/vodorod-fizicheskie-i-ximicheskie-svojstva-poluchenie/

Свойства и применение водорода

Свойства жидкого водорода

Водород при обыкновенной температуре — бесцветный газ, не имеющий запаха. При температуре ниже минус 240° водород под давлением может быть превращен в бесцветную жидкость.

Если быстро испарять эту жидкость, то получается твердый водород в виде прозрачных кристаллов, плавящихся при минус 259,4°.

Водород самый легкий из всех газов, он почти в 141/2 раз легче воздуха. Литр водорода при нормальных условиях весит только 0,09 г.

В воде водород растворим очень мало, но растворяется взначительном количестве внекоторых металлах, например впалладии, платине и др. Один объем палладия может растворить до 900объемов водорода.

Рис. Схема строения молекулы водорода

Строение молекулы водорода

Молекула водорода состоит из двух атомов, связь между которыми осуществляется парой электронов, вращающихся вокруг ядер обоих атомов. Строение молекулы водорода (рис.) аналогично строению атома гелия, вследствие чего при обыкновенной температуре водород инертен. При более высоких температурах связь между атомами ослабляется и водород становится активным.

Из физических свойств водорода особенный интерес представляет его теплоемкость, которая при низких температурах значительно меньше, чем следовало бы ожидать на основании кинетической теории газов. Это явление объясняется существованием двух модификаций водорода, получивших название ортоводород и параводород.

Обе модификации состоят из одних и тех же молекул Н2 и имеют одинаковые химические свойства, но их физические свойства, как, например, удельная теплоемкость, точки плавления и кипения и др., несколько различны.

Причина различия заключается в том, что водородные ядра (протоны), входящие в состав молекул Н2 и обладающие собственным вращением вокруг своих осей, трёх частей ортоводорода и одной части параводорода, находящихся в равновесии друг с другом.

Понижение температуры смещает равновесие в сторону образования параводорода, а так как его теплоемкость меньше теплоемкости ортоводорода, то с увеличением содержания параводорода в смеси общая ее темплоемкость уменьшается.Химические свойства водорода определяются способностью его атомов отдавать единственный имеющийся у них электрон и превращаться в положительно заряженные ионы.

Однако полностью такое превращение не происходит, так как даже при взаимодействии водорода с наиболее активными металлоидами образуются не ионные, а полярные ковалентные связи.

Иногда атомы водорода сами присоединяют электроны, переходя в отрицательно заряженные ионы Н— с оболочкой инертного газа гелия.

В виде таких ионов водород находится в соединениях с некоторыми наиболее активными металлами (К, Na, Са и др.).

Эти соединения называются гидридами металлов и, в отличие от газообразных соединений водорода с металлоидами, представляют собой твердые кристаллические вещества (подробнее о гидридах смотри при описании соответствующих металлов). Если к струе водорода, выходящей из какого-нибудь узкого отверстия, поднести зажженную спичку, то водород загорается и горит несветящимся пламенем. Продуктом горения является вода:

2Н2 + О2 = 2Н2О + 136,8 ккал

Рис. 2. Горелка для гремучего газа

При поджигании смеси двух объемов водорода с одним объемом кислорода соединение газов происходит почти мгновенно во всей массе смеси и сопровождается сильным взрывом. Поэтому такая смесь называется гремучим газом.

Вследствие выделения при горении водорода большого количества тепла температура водородного пламени довольно высока (~1000°).

Но особенно высокая температура, достигающая 2500—3000°, получается при введении в водородное пламя избытка кислорода. Для получения такого пламени пользуются специальной горелкой (рис. 2), состоящей из двух трубок разного диаметра, вставленных одна в другую. В пространство между стенками трубок впускают водород и зажигают его у выходного отверстия.

После этого по внутренней трубке начинают осторожно вводить в водородное пламя струю кислорода.Оба газа смешиваются у отверстия горелки и дают очень горячее пламя, в котором легко расплавляются почти все металлы, даже самые тугоплавкие. Железная или стальная проволока, внесенная в такое пламя, сгорает в нем, как в кислороде, разбрасывая во все стороны блестящие искорки.

Если направить пламя на кусок извести, то он накаливается добела и испускает ослепительно яркий свет. Водородно-кислородным пламенем пользуются для плавления тугоплавких металлов, для так называемой автогенной сварки, для резания и сверления металлов пламенем.

Реакция водорода с кислородом

При обыкновенной температуре водород с кислородом практически не взаимодействуют. Если смешать оба газа и оставить их в стеклянном сосуде, то и через несколько лет в сосуде нельзя обнаружить даже признаков воды.

Если же смесь водорода с кислородом поместить в запаянный сосуд и держать в нем при 300°, то уже через несколько дней образуется немного воды.

При 500° водород полностью соединяется с кислородом за несколько часов, а при нагревании смеси до 700° происходит быстрый подъем температуры и реакция заканчивается мгновенно.

Поэтому, чтобы вызвать взрыв смеси, нужно нагреть ее хотя бы в одном месте до 700°

Отсутствие заметной реакции между водородом и кислородом при обыкновенной температуре объясняется тем, что в этих условиях скорость реакции чрезвычайно мала.

Принимая, что с понижением температуры на каждые 10° скорость реакции уменьшается в два раза, нетрудно рассчитать, что если при 300° заметное количество воды образуется лишь через 3 дня, то при обыкновенной температуре (20°) для этого потребовалось бы более двух миллионов лет.

Применение катализатора может сильно увеличить скорость взаимодействия водорода с кислородом. Внесем, например, кусочек платинированного (т. е. покрытого мелко раздробленной платиной) асбеста в смесь водорода с кислородом. Взаимодействие между газами настолько ускоряется, что через короткое время происходит взрыв.

При высокой температуре водород может отнимать кислород от многих соединений, в том числе от большинства металлических окислов, освобождая металл. Например, если пропускать водород над накаленной окисью меди, то происходит реакция

СuО + Н2 = Сu + Н2О

Процесс присоединения кислорода к металлу называется окислением, обратный же процесс, при котором от окисла отнимается кислород и таким образом снова освобождается металл, получил название восстановления.

Присоединение водорода к какому-нибудь веществу также называется восстановлением или гидрированием.

Не только водород, но и некоторые другие вещества, как, например, уголь, могут отнимать кислород от различных соединений. Все такие вещества называются восстановителями. Водород является одним из наиболее энергичных восстановителей.

Применение водорода

Водород используется при синтезе ряда важнейших химических продуктов. Его применяют в огромных количествах для синтеза аммиака, идущего в свою очередь на производство азотной кислоты и азотных удобрений, для получения синтетического моторного топлива, для так называемой гидрогенизации жиров (превращение жидких растительных жиров в твердые), для синтеза спиртов (метилового и др.).

Водород используют также для восстановления некоторых цветных металлов из их окислов и для наполнения аэростатов. Жидким водородом (точка кипения —252,7°) пользуются иногда для получения низких температур.

66 67 68

Вы читаете, статья на тему Свойства и применение водорода

Источник: https://znaesh-kak.com/x/x/%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0-%D0%B8-%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5-%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0

Водородное топливо

Свойства жидкого водорода

LH2 является самым экологически чистым видом моторного топлива, поэтому его перспективы очевидны

В Австралии на бурых углях в штате Виктория отрабатывается технология технология газификации угля с последующим выделением водорода, вернее удаления серы, ртути и двуокиси углерода (СО2).

В Норвегии – Nel Hydrogen отрабатывает технологию использования ВИЭ для высокотемпературного электролиза для разделения воды на водород и кислород, который будет выбрасываться в атмосферу.

Kawasaki Heavy Industries разрабатывает танкер – водородовоз для транспортировки жидкого водорода ( LH2).

Реакция взаимодействия водорода с кислородом происходит с выделением тепла. Если взять 1 моль H2 (2 г) и 0,5 моль O2 (16 г) при стандартных условиях и возбудить реакцию, то согласно уравнению

Н2 + 0,5 О2= Н2О

после завершения реакции образуется 1 моль H2O (18 г) с выделением энергии 285,8 кДж/моль.

Для сравнения: теплота сгорания ацетилена – 1300 кДж/моль, пропана – 2200 кДж/моль.

1 м³ водорода весит 89,8 г (44,9 моль), поэтому для получения 1 м³ водорода будет затрачено 12832,4 кДж энергии.

1 кВт*ч = 3600 кДж, поэтому получим 3,56 кВт*ч электроэнергии. Целесообразность перехода на водородное топливо можно оценить, сравнив имеющийся тариф на 1 кВт*ч электричества и, к примеру, стоимость 1 м³ газа или стоимость другого энергоносителя.

При сжигании водорода получается чистая вода. То есть водородное топливо производится без вреда для окружающей среды, в отличие от газа или бензина.

Получение водорода

Для получения водорода используют химические методы, в тч реакции разложения воды электрическим током. Основной промышленный способ получения водорода – реакция с водой метана, который входит в состав природного газа.

Она проводится при высокой температуре:

СН4 + 2Н20 = CO2 + 4Н2 – 165 кДж

  • 1.Электролиз водных растворов солей:

2NaCl + 2H2O → H2↑ + 2NaOH + Cl2

  • 2.Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре около 1000°C:

H2O + C ⇄ H2 + CO Конверсия с водяным паром: CH4 + H2O ⇄ CO + 3H2 (1000 °C) Каталитическое окисление кислородом: 2CH4 + O2 ⇄ 2CO + 4H2

  • 4. Крекинг и реформинг углеводородов в процессе переработки нефти.
  • 5. Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и соляную кислоту:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑

  • 6.Взаимодействие кальция с водой:

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑ NaH + H2O → NaOH + H2↑

  • 8.Действие щелочей на цинк или алюминий:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ Zn + 2KOH + 2H2O → K2[Zn(OH)4] + H2↑

  • 9 .С помощью электролиза. При электролизе водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода, например:

2H3O+ + 2e- → H2↑ + 2H2O

  • Биореактор для производства водорода

Физические свойства

Газообразный водород может существовать в 2х формах (модификациях) – в виде орто – и пара-водорода. В молекуле ортоводорода (т. пл. −259,10 °C, т. кип. −252,56 °C) ядерные спины направлены одинаково (параллельны), а у параводорода (т. пл. −259,32 °C, т. кип.

−252,89 °C) – противоположно друг другу (антипараллельны). Разделить аллотропные формы водорода можно адсорбцией на активном угле при температуре жидкого азота. При очень низких температурах равновесие между ортоводородом и параводородом почти нацело сдвинуто в сторону параводорода.

При 80 К соотношение форм приблизительно 1:1. Десорбированный параводород при нагревании превращается в ортоводород вплоть до образования равновесной при комнатной температуре смеси (орто-пара: 75:25). Без катализатора превращение происходит медленно, что дает возможность изучить свойства отдельных аллотропных форм.

Молекула водорода двухатомна – Н₂. При обычных условиях – это газ без цвета, запаха и вкуса.

Водород – самый легкий газ, его плотность во много раз меньше плотности воздуха. Очевидно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре. Как самые легкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому.

Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в 7 раз выше теплопроводности воздуха.

Химические свойства

Молекулы водорода Н₂ довольно прочны, и для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия:

Н2=2Н – 432 кДж

Поэтому при обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами, например с кальцием, образуя гидрид кальция:

Ca + Н2 = СаН2 и с единственным неметаллом – фтором, образуя фтороводород:

F2+H2=2HF

С большинством же металлов и неметаллов водород реагирует при повышенной температуре или при другом воздействии, например при освещении.

Он может «отнимать» кислород от некоторых оксидов, например:

CuO + Н2 = Cu + Н20

Записанное уравнение отражает реакцию восстановления – процесс, в результате которого от соединения отнимается кислород; вещества, отнимающие кислород, называются восстановителями (при этом они сами окисляются).

Реакция восстановления противоположна реакции окисления.

Обе эти реакции всегда протекают одновременно как 1 процесс: при окислении (восстановлении) одного вещества обязательно одновременно происходит восстановление (окисление) другого.

N2 + 3H2 → 2 NH3

С галогенами образует галогеноводороды:

F2 + H2 → 2 HF, реакция протекает со взрывом в темноте и при любой температуре, Cl2 + H2 → 2 HCl, реакция протекает со взрывом, только на свету.

С сажей взаимодействует при сильном нагревании:

C + 2H2 → CH4

Оксиды восстанавливаются до металлов:

CuO + H2 → Cu + H2O Fe2O3 + 3H2 → 2 Fe + 3H2O WO3 + 3H2 → W + 3H2O

Геохимия водорода

Водород – самый распространенный элемент, и все элементы образуются из него в результате термоядерных и ядерных реакций. На Земле содержание водорода понижено по сравнению с Солнцем.

Свободный водород H2 относительно редко встречается в земных газах, но в виде воды он принимает исключительно важное участие в геохимических процессах.

В состав минералов водород может входить в виде иона аммония, гидроксил-иона и кристаллической воды. В атмосфере водород непрерывно образуется в результате разложения воды солнечным излучением.

Он мигрирует в верхние слои атмосферы и улетучивается в космос.

Применение кроме энергетики:

  •  для атомно-водородной сварки,
  •  в пищевой промышленности, как пищевая добавка E949- упаковочный газ, для производства маргарина из жидких растительных масел,
  •  химической промышленности – при производстве аммиака, мыла и пластмасс,
  •  в качестве ракетного топлива,

Пожароопасность и взрывоопасность

Водород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь – гремучий газ.  Наибольшую взрывоопасность – при объемном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближенно 2:5, так как в воздухе кислорода содержится примерно 21%.

Водород пожароопасен.

Источник: https://neftegaz.ru/tech-library/energoresursy-toplivo/142374-vodorodnoe-toplivo/

Жидкий водород: свойства и применение

Свойства жидкого водорода

Жидкий водород – одно из агрегатных состояний водорода. Выделяют еще газообразное и твердое состояние этого элемента. И если газообразная форма хорошо знакома многим, то остальные два крайних состояния вызывают вопросы.

Физические свойства

Данное агрегатное состояние характеризуется очень низкой плотностью вещества – сотые доли граммов на кубический сантиметр. Это дает возможность использовать относительно маленькие емкости, чтобы хранить жидкий водород. Температура кипения равна всего 20 Кельвинам (-252 по Цельсию), а замерзает эта субстанция уже при 14 Кельвинах.

Жидкость не имеет запаха, цвета и вкуса. Смешивание ее с кислородом может привести к взрыву в половине случаев. При достижении температуры кипения водород переходит в газообразное состояние, и его объем увеличивается в 850 раз.

После сжижения водород помещается в изолированные контейнеры, в которых поддерживается низкое давление и температура в промежутке от 15 до 19 Кельвинов.

Распространенность водорода

Жидкий водород производится искусственно и в естественной среде не встречается.

Если не брать в расчет агрегатные состояния, то водород – самый распространенный элемент не только на планете Земля, но и во Вселенной.

Из него состоят звезды (в том числе и наше Солнце), им заполнено пространство между ними. Водород принимает участие в реакциях термоядерного синтеза, а также может образовывать облака.

В земной коре этот элемент занимает всего лишь около процента от всего количества вещества. Его роль в нашей экосистеме можно оценить по тому факту, что число атомов водорода по количеству уступает только кислороду. На нашей планете практически все запасы Н2 находятся в связанном состоянии. Водород – составная часть всех живых существ.

Преимущества и препятствия

Жидкий водород дает возможность замедлить нагревание атмосферы и уменьшить количество парниковых газов, если применять его в качестве топлива для автомобилей. При его взаимодействии с воздухом (после прохождения через двигатель внутреннего сгорания) будет образовываться вода и незначительно количество оксида азота.

Однако у этой идеи есть и свои трудности, например, способ хранения и транспортировки газа, а также повышенная опасность воспламенения или даже взрыва. Даже при условии соблюдения всех мер предосторожности предотвратить испарение водорода не удается.

Ракетное топливо

Жидкий водород (температура хранения до 20 Кельвинов) является одним из компонентов ракетного топлива. У него есть несколько функций:

  1. Охлаждение элементов двигателя и защита сопла от перегрева.
  2. Обеспечение тяги после смешивания с кислородом и нагревания.

Современные ракетные двигатели работают на комбинации водород-кислород. Это помогает достичь нужной скорости для преодоления притяжения земли и при этом сохранить все части летательных аппаратов, не подвергая их действию чрезмерных температур.

На данный момент существует только одна ракета, которая полностью использует водород в качестве топлива. В большинстве случаев жидкий водород необходим для отделения верхних ступеней ракет или в тех аппаратах, которые большую часть работы проведут в вакууме. От исследователей поступали предложения использовать наполовину замороженную форму этого элемента, чтобы повысить его плотность.

Источник: https://FB.ru/article/297508/jidkiy-vodorod-svoystva-i-primenenie

Водород в баллонах

Свойства жидкого водорода

Водород – это важное, незаменимое, интересное вещество на нашей планете. На долю водорода приходится около 1% массы земной коры (10-е место среди всех элементов).

В свободном виде водород на нашей планете практически не встречается (его следы имеются в верхних слоях атмосферы), но в составе воды распространен на Земле почти повсеместно.

Элемент водород входит в состав органических и неорганических соединений живых организмов, природного газа, нефти, каменного угля.

Он содержится, разумеется, в составе воды (около 11% по массе), в различных природных кристаллогидратах и минералах, в составе которых имеется одна или несколько гидроксогрупп ОН. Водород как элемент доминирует во Вселенной. На его долю приходится около половины массы Солнца и других звезд, он присутствует в атмосфере ряда планет.

Свойства водорода

Водород быстрее других газов распространяется в пространстве, проходит через мелкие поры, при высоких температурах сравнительно легко проникает сквозь сталь и другие материалы. Водород – самый лёгкий газ, он легче воздуха в 14,5 раз. Очевидно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре.

Как самые лёгкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому. Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в семь раз выше теплопроводности воздуха.

Промышленные способы получения простых веществ зависят от того, в каком виде соответствующий элемент находится в природе, то есть что может быть сырьём для его получения. Так, кислород, имеющийся в свободном состоянии, получают физическим способом — выделением из жидкого воздуха. Водород же практически весь находится в виде соединений, поэтому для его получения применяют химические методы.

В частности, могут быть использованы реакции разложения. Одним из способов получения водорода служит реакция разложения воды электрическим током.

Применение водорода в энергетике

Одно время высказывалось предположение, что в недалеком будущем основным источником получения энергии станет реакция горения водорода, и водородная энергетика вытеснит традиционные источники получения энергии (уголь, нефть и др.).

При этом предполагалось, что для получения водорода в больших масштабах можно будет использовать электролиз воды. Электролиз воды — довольно энергоемкий процесс, и в настоящее время получать водород электролизом в промышленных масштабах невыгодно.

Но ожидалось, что электролиз будет основан на использовании среднетемпературной (500-600°C) теплоты, которая в больших количествах возникает при работе атомных электростанций.

Эта теплота имеет ограниченное применение, и возможности получения с ее помощью водорода позволили бы решить как проблему экологии (при сгорании водорода на воздухе количество образующихся экологически вредных веществ минимально), так и проблему утилизации среднетемпературной теплоты.

Однако после Чернобыльской катастрофы развитие атомной энергетики повсеместно свертывается, так что указанный источник энергии становится недоступным. Поэтому перспективы широкого использования водорода как источника энергии пока сдвигаются, по меньшей мере, до середины 21-го века.

Биологическое значение водорода определяется тем, что он входит в состав молекул воды и всех важнейших групп природных соединений, в том числе белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов. Примерно 10 % массы живых организмов приходится на водород.

Способность водорода образовывать водородную связь играет решающую роль в поддержании пространственной четвертичной структуры белков, а также в осуществлении принципа комплементарности в построении и функциях нуклеиновых кислот (то есть в хранении и реализации генетической информации), вообще в осуществлении «узнавания» на молекулярном уровне.

Водород (ион Н+) принимает участие в важнейших динамических процессах и реакциях в организме — в биологическом окислении, обеспечивающим живые клетки энергией, в фотосинтезе у растений, в реакциях биосинтеза, в азотфиксации и бактериальном фотосинтезе, в поддержании кислотно-щелочного равновесия и гомеостаза, в процессах мембранного транспорта.

Таким образом, наряду с кислородом (O) и углеродом (C) водород образует структурную и функциональную основы явлений жизни.

Меры безопасности

Водород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь – так называемый гремучий газ.

Наибольшую взрывоопасность водород имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближённо 2:5, так как в воздухе кислорода содержится примерно 21 %. Также водород пожароопасен.

Жидкий водород при попадании на кожу может вызвать сильное обморожение. Взрывоопасные концентрации водорода с кислородом возникают от 4 % до 96 % объёмных. При смеси с воздухом от 4 % до 75 (74) % объёмных.

Хранение и транспортировка водорода

Водород очень удобен для транспортировки и хранения.

Возможность передачи водорода по обычным трубопроводам, его способность храниться длительное время в обычной емкости делает его очень выгодной находкой для промышленности, так как он не требует больших материальных затрат. Ко всему прочему производство водорода возможно из обычной воды, каменного угля, запасы которого на земле огромны, что делает водород очень ценным.

Продажа, доставка газовых баллонов с водородом

 Компания «Промгазсервис» производит снабжение предприятий (различного профиля) техническими газами: Азот и Аргон; Ацетилен и Газовые смеси; Гелий марки «А» и Гелий марки «Б»; технический Кислород; Пропан, Водород, а также Углекислота.

Кроме поставок технических газов, компания специализируется на торговле газовыми баллонами, произведёнными по ГОСТ 949-73 и ГОСТ 15860-84 (для пропана). Среди дополнительных услуг компании, можно отметить услуги по ремонту и переосвидетельствованию газовых баллонов. Доставка заказанных товаров производится по территории Российской Федерации и СНГ.

Для ознакомления с ценовой политикой компании «Промгазсервис», Вы можете скачать наш прейскурант цен на товары и услуги.

Офис и складской терминал компании «ПРОМГАЗСЕРВИС»

  Для удобства и ускорения процессов формирования и доставки заказов на поставку технических газов и газовых баллонов, офис и складской терминал компании «Промгазсервис» расположены в одном месте: Россия, Свердловская область, г. Екатеринбург, улица Шоферов, 5. Для получения справочной информации, а также для оформления заказа на поставку технических газов и газовых баллонов, Вы можете обратиться к нашим менеджерам любым удобным для Вас способом:

  • Телефон: +7 (343) 268-32-07
  • Факс: +7 (343) 286-73-25
  • Электронная почта отдела продаж: promgaz.ekb@mail.ru

Время работы офиса: пн-пт 8:00-17:00 
Время работы склада: ежедневно 8:00-20:00

Вернуться в начало страницы

Источник: https://promgaz96.ru/vodorod.html

Ваш педагог
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: