Hidrogen logam akan mengubah wajah teknologi - sampai menguap
Dalam penempaan abad XNUMX, baik baja maupun titanium atau paduan elemen tanah jarang tidak ditempa. Di landasan berlian saat ini dengan kilau logam menyinari apa yang masih kita kenal sebagai gas yang paling sulit dipahami ...
Hidrogen dalam tabel periodik berada di atas kelompok pertama, yang hanya mencakup logam alkali, yaitu litium, natrium, kalium, rubidium, sesium, dan fransium. Tidak mengherankan, para ilmuwan telah lama bertanya-tanya apakah itu juga memiliki bentuk logam. Pada tahun 1935, Eugene Wigner dan Hillard Bell Huntington adalah orang pertama yang mengusulkan kondisi di mana: hidrogen bisa menjadi logam. Pada tahun 1996, fisikawan Amerika William Nellis, Arthur Mitchell, dan Samuel Weir di Lawrence Livermore National Laboratory melaporkan bahwa hidrogen secara tidak sengaja diproduksi dalam keadaan logam menggunakan pistol gas. Pada bulan Oktober 2016, Ranga Diaz dan Isaac Silvera mengumumkan bahwa mereka telah berhasil memperoleh hidrogen logam pada tekanan 495 GPa (sekitar 5 × 106 atm) dan pada suhu 5,5 K dalam ruang berlian. Namun, percobaan tidak diulang oleh penulis dan tidak dikonfirmasi secara independen. akibatnya, sebagian komunitas ilmiah mempertanyakan kesimpulan yang dirumuskan.
Ada saran bahwa hidrogen metalik mungkin dalam bentuk cair di bawah tekanan gravitasi tinggi. di dalam planet gas raksasaseperti Yupiter dan Saturnus.
Pada akhir Januari tahun ini, sekelompok prof. Isaac Silveri dari Universitas Harvard melaporkan bahwa hidrogen metalik telah diproduksi di laboratorium. Mereka menundukkan sampel pada tekanan 495 GPa di "landasan" intan, molekul yang membentuk gas H2 hancur, dan struktur logam terbentuk dari atom hidrogen. Menurut penulis percobaan, struktur yang dihasilkan metastabilyang berarti tetap metalik bahkan setelah tekanan ekstrim telah berhenti.
Selain itu, menurut para ilmuwan, hidrogen logam akan menjadi superkonduktor suhu tinggi. Pada tahun 1968, Neil Ashcroft, seorang fisikawan di Cornell University, meramalkan bahwa fase logam hidrogen dapat menjadi superkonduktif, yaitu menghantarkan listrik tanpa kehilangan panas dan pada suhu di atas 0 °C. Ini saja akan menghemat sepertiga dari listrik yang hilang hari ini dalam transmisi dan sebagai akibat dari pemanasan semua perangkat elektronik.
Di bawah tekanan normal dalam keadaan gas, cair dan padat (hidrogen mengembun pada 20 K dan membeku pada 14 K), unsur ini tidak menghantarkan listrik karena atom hidrogen bergabung menjadi pasangan molekul dan menukar elektronnya. Oleh karena itu, tidak ada cukup elektron bebas, yang dalam logam membentuk pita konduksi dan merupakan pembawa arus. Hanya kompresi hidrogen yang kuat untuk menghancurkan ikatan antar atom yang secara teoritis melepaskan elektron dan membuat hidrogen menjadi konduktor listrik dan bahkan superkonduktor.
Hidrogen dikompresi menjadi bentuk logam di antara berlian
Bentuk baru hidrogen juga bisa berfungsi bahan bakar roket dengan kinerja luar biasa. “Dibutuhkan sejumlah besar energi untuk menghasilkan hidrogen metalik,” jelas sang profesor. Perak. "Ketika bentuk hidrogen ini diubah menjadi gas molekuler, banyak energi dilepaskan, menjadikannya mesin roket paling kuat yang dikenal umat manusia."
Impuls spesifik dari mesin yang menggunakan bahan bakar ini adalah 1700 detik. Saat ini, hidrogen dan oksigen umum digunakan, dan impuls spesifik dari mesin tersebut adalah 450 detik. Menurut ilmuwan, bahan bakar baru akan memungkinkan pesawat ruang angkasa kita mencapai orbit dengan roket satu tahap dengan muatan yang lebih besar dan memungkinkannya mencapai planet lain.
Pada gilirannya, superkonduktor hidrogen metalik yang beroperasi pada suhu kamar akan memungkinkan untuk membangun sistem transportasi berkecepatan tinggi menggunakan levitasi magnetik, akan meningkatkan efisiensi kendaraan listrik dan efisiensi banyak perangkat elektronik. Juga akan ada revolusi di pasar penyimpanan energi. Karena superkonduktor memiliki hambatan nol, maka dimungkinkan untuk menyimpan energi di sirkuit listrik di mana ia bersirkulasi sampai dibutuhkan.
Hati-hati dengan semangat ini
Namun, prospek cerah ini tidak sepenuhnya jelas, karena para ilmuwan belum memverifikasi bahwa hidrogen metalik stabil di bawah kondisi tekanan dan suhu normal. Perwakilan komunitas ilmiah, yang telah didekati oleh media untuk dimintai komentar, bersikap skeptis atau, paling banter, pendiam. Postulat yang paling umum adalah mengulangi percobaan, karena satu kesuksesan yang diharapkan adalah... hanya kesuksesan yang seharusnya.
Saat ini, sepotong kecil logam hanya dapat dilihat di belakang dua landasan berlian yang disebutkan di atas, yang digunakan untuk memampatkan hidrogen cair pada suhu jauh di bawah titik beku. Apakah prediksi prof. Akankah Silvera dan rekan-rekannya benar-benar berhasil? Mari kita lihat dalam waktu dekat bagaimana para peneliti bermaksud untuk secara bertahap mengurangi tekanan dan meningkatkan suhu sampel untuk mengetahuinya. Dan dengan melakukan itu, mereka berharap hidrogen hanya ... tidak menguap.
