ከአስቸኳይ ችግሮች አንዱ የአካባቢ ብክለት እና የኦርጋኒክ ምንጭ ውስን የኃይል ሀብቶች ናቸው። እነዚህን ችግሮች ለመፍታት ተስፋ ሰጭ መንገድ ሃይድሮጂንን እንደ የኃይል ምንጭ መጠቀም ነው። በጽሁፉ ውስጥ የሃይድሮጅን ማቃጠል ጉዳይ, የዚህን ሂደት የሙቀት መጠን እና ኬሚስትሪ እንመለከታለን.
ሃይድሮጂን ምንድን ነው?
የሃይድሮጂን የሚቃጠል የሙቀት መጠን ምን ያህል እንደሆነ ጥያቄ ከማሰብዎ በፊት ይህ ንጥረ ነገር ምን እንደሆነ ማስታወስ ያስፈልግዎታል።
ሃይድሮጅን ቀላሉ ኬሚካላዊ ንጥረ ነገር አንድ ፕሮቶን እና አንድ ኤሌክትሮን ብቻ የያዘ ነው። በመደበኛ ሁኔታዎች (ግፊት 1 atm.፣ የሙቀት መጠን 0 oC) በጋዝ ሁኔታ ውስጥ አለ። የእሱ ሞለኪውል (H2) በዚህ ኬሚካላዊ ንጥረ ነገር በ2 አተሞች የተሰራ ነው። ሃይድሮጂን በፕላኔታችን ላይ 3ኛው በጣም የተትረፈረፈ ንጥረ ነገር ነው ፣ እና በዩኒቨርስ ውስጥ 1 ኛ (ከሁሉም ቁስ 90% ገደማ)።
ሃይድሮጅን ጋዝ (H2)ሽታ የሌለው, ጣዕም የሌለው እና ቀለም የሌለው. መርዛማ አይደለም ነገር ግን በከባቢ አየር ውስጥ ያለው ይዘት ጥቂት በመቶው ሲሆን ከዚያም አንድ ሰው በኦክሲጅን እጥረት ምክንያት መታፈን ሊያጋጥመው ይችላል.
ምንም እንኳን ከኬሚካላዊ እይታ አንጻር ሁሉም ኤች2 ሞለኪውሎች ተመሳሳይ ቢሆኑም አካላዊ ባህሪያታቸው በተወሰነ ደረጃ የተለያየ መሆኑን ልብ ሊባል ይገባል። ይህ ሁሉ የኤሌክትሮን እሽክርክሪት አቅጣጫ (ለመግነጢሳዊ አፍታ ገጽታ ተጠያቂ ናቸው) ፣ ትይዩ እና አንቲፓራሌል ሊሆን ይችላል ፣ እንደዚህ ያለ ሞለኪውል በቅደም ተከተል ኦርቶ እና ፓራሃይድሮጂን ይባላል።
የቃጠሎ ኬሚካላዊ ምላሽ
የሃይድሮጅንን ከኦክሲጅን ጋር የሚቃጠለው የሙቀት መጠን ጥያቄን ከግምት ውስጥ በማስገባት ይህንን ሂደት የሚገልጽ ኬሚካላዊ ምላሽ እናቀርባለን-2H2+O2=> 2H2ኦ። ማለትም, 3 ሞለኪውሎች በምላሹ ውስጥ ይሳተፋሉ (ሁለት ሃይድሮጂን እና አንድ ኦክሲጅን), እና ምርቱ ሁለት የውሃ ሞለኪውሎች ነው. ይህ ምላሽ ማቃጠልን በኬሚካላዊ እይታ ይገልፃል እና ከተጓዘ በኋላ የሚቀረው ንጹህ ውሃ ብቻ ነው, ይህም አካባቢን የማይበክል ነው, ይህም ቅሪተ አካላት (ቤንዚን, አልኮሆል) በሚቃጠልበት ጊዜ ይከሰታል.
በሌላ በኩል ደግሞ ይህ ምላሽ ከውሃ በተጨማሪ መኪኖችን እና ሮኬቶችን ለማሽከርከር እንዲሁም ወደ ሌላ የኃይል ምንጮች ለማሸጋገር አንዳንድ ሙቀትን ያስወጣል ። እንደ ኤሌክትሪክ።
የሃይድሮጂን ማቃጠል ሂደት ሜካኒዝም
በቀድሞው ተብራርቷል።አንቀፅ ኬሚካላዊ ምላሽ በማንኛውም የሁለተኛ ደረጃ ትምህርት ቤት ተማሪ ይታወቃል ነገር ግን በእውነታው ላይ የሚከሰተውን ሂደት በጣም ሻካራ መግለጫ ነው. ልብ ይበሉ እስከ መጨረሻው መቶ ዘመን አጋማሽ ድረስ የሰው ልጅ ሃይድሮጂን በአየር ውስጥ እንዴት እንደሚቃጠል አያውቅም ነበር, እና በ 1956 የኬሚስትሪ የኖቤል ሽልማት ለጥናቱ ተሰጥቷል.
በእርግጥ፣ O2 እና H2 ሞለኪውሎች ከተጋጩ ምንም አይነት ምላሽ አይከሰትም። ሁለቱም ሞለኪውሎች በጣም የተረጋጉ ናቸው. ማቃጠል እንዲከሰት እና ውሃ እንዲፈጠር, ነፃ radicals መኖር አለበት. በተለይም H, O atoms እና OH ቡድኖች. የሚከተለው በትክክል ሃይድሮጂን ሲቃጠል የሚከሰቱ ተከታታይ ግብረመልሶች ነው፡
- H + O2=> ኦህ + ኦ፤
- OH + H2 => H2O + H;
- O + H2=ኦህ + ህ.
ከእነዚህ ምላሾች ምን ያዩታል? ሃይድሮጂን ሲቃጠል ውሃ ይፈጠራል አዎ ልክ ነው ነገር ግን የሚከሰተው የሁለት ኦኤች አቶሞች ቡድን ከH2 ሞለኪውል ጋር ሲገናኙ ብቻ ነው። በተጨማሪም, ሁሉም ምላሾች የሚከሰቱት የነጻ radicals ሲፈጠሩ ነው, ይህም ማለት ራስን በራስ የማቃጠል ሂደት ይጀምራል.
ስለዚህ ይህን ምላሽ ለመጀመር ቁልፉ የራዲካል መፈጠር ነው። የሚቃጠለውን ግጥሚያ ወደ ኦክሲጅን-ሃይድሮጂን ድብልቅ ካመጡ ወይም ይህን ድብልቅ ከተወሰነ የሙቀት መጠን በላይ ካሞቁት ይታያሉ።
አስጀማሪ ምላሽ
እንደተገለፀው ይህንን ለማድረግ ሁለት መንገዶች አሉ፡
- በ 0 ብቻ ማቅረብ በሚገባው ብልጭታ በመታገዝ፣02 mJ ሙቀት. ይህ በጣም ትንሽ የኃይል ዋጋ ነው, ለማነፃፀር, ለነዳጅ ድብልቅ ተመሳሳይ ዋጋ 0.24 mJ, እና ሚቴን - 0.29 mJ ነው እንበል. ግፊቱ እየቀነሰ ሲሄድ, የምላሽ ተነሳሽነት ኃይል ይጨምራል. ስለዚህ, በ 2 ኪ.ፒ., ቀድሞውኑ 0.56 mJ ነው. ያም ሆነ ይህ, እነዚህ በጣም ትንሽ እሴቶች ናቸው, ስለዚህ የሃይድሮጂን-ኦክሲጅን ድብልቅ በጣም ተቀጣጣይ እንደሆነ ይቆጠራል.
- በሙቀት እርዳታ። ያም ማለት የኦክስጅን-ሃይድሮጅን ድብልቅ በቀላሉ ሊሞቅ ይችላል, እና ከተወሰነ የሙቀት መጠን በላይ እራሱን ያቃጥላል. ይህ በሚሆንበት ጊዜ በጋዞች ግፊት እና መቶኛ ላይ ይወሰናል. በከባቢ አየር ግፊት ውስጥ ባለው ሰፊ ክምችት ውስጥ ፣ ድንገተኛ የቃጠሎ ምላሽ ከ 773-850 ኪ በላይ በሆነ የሙቀት መጠን ይከሰታል ፣ ማለትም ከ 500-577 oC በላይ። እነዚህ ከቤንዚን ድብልቅ ጋር ሲነፃፀሩ በጣም ከፍ ያሉ እሴቶች ናቸው፣ እሱም በራሱ ከ300 በታች በሆነ የሙቀት መጠን ማቀጣጠል ይጀምራል oC።
የጋዞች መቶኛ ተቀጣጣይ ድብልቅ
በአየር ውስጥ ስላለው የሃይድሮጂን ማቃጠል የሙቀት መጠን ስንናገር, ሁሉም የጋዞች ድብልቅ ወደ ሂደቱ ውስጥ እንደማይገባ ልብ ሊባል ይገባል. በሙከራ የተረጋገጠው የኦክስጂን መጠን ከ 6% በታች ከሆነ ወይም የሃይድሮጅን መጠን ከ 4% በታች ከሆነ ምንም አይነት ምላሽ አይከሰትም. ሆኖም ግን, የሚቀጣጠል ድብልቅ መኖር ገደቦች በጣም ሰፊ ናቸው. ለአየር, የሃይድሮጂን መቶኛ ከ 4.1% ወደ 74.8% ሊደርስ ይችላል. የላይኛው እሴቱ ከሚፈለገው ዝቅተኛ የኦክስጅን መጠን ጋር እንደሚዛመድ ልብ ይበሉ።
ከሆነየንፁህ ኦክሲጅን-ሃይድሮጅን ድብልቅን አስቡበት፣ ከዚያ ገደቡ እዚህም የበለጠ ሰፊ ነው፡ 4, 1-94%.
የጋዞችን ግፊት መቀነስ ወደ ተወሰኑት ገደቦች (የታችኛው ገደብ ከፍ ይላል፣ የላይኛው ይወድቃል)።
በተጨማሪም ሃይድሮጂን በአየር ውስጥ (ኦክስጅን) በሚቃጠልበት ጊዜ የሚከሰቱት የምላሽ ምርቶች (ውሃ) የ reagents ክምችት እንዲቀንስ ስለሚያደርግ የኬሚካላዊው ሂደት እንዲቋረጥ እንደሚያደርግ መረዳት አስፈላጊ ነው..
የቃጠሎ ደህንነት
ይህ የሚቀጣጠል ድብልቅ ጠቃሚ ባህሪ ነው፣ምክንያቱም ምላሹ የተረጋጋ እና ቁጥጥር ሊደረግበት የሚችል መሆኑን ወይም ሂደቱ ፈንጂ እንደሆነ እንዲወስኑ ያስችልዎታል። የቃጠሎውን መጠን የሚወስነው ምንድን ነው? እርግጥ ነው፣ በሪኤጀንቶች ክምችት፣ በግፊት እና እንዲሁም በ"ዘር" የኃይል መጠን ላይ።
እንደ አለመታደል ሆኖ ሃይድሮጂን በተለያየ መጠን ያለው ፈንጂ ማቃጠል ይችላል። የሚከተሉት አኃዞች በሥነ-ጽሑፍ ውስጥ ተሰጥተዋል-18.5-59% ሃይድሮጂን በአየር ድብልቅ ውስጥ. ከዚህም በላይ በዚህ ገደብ ጠርዝ ላይ በፍንዳታ ምክንያት በአንድ ክፍል ውስጥ ከፍተኛው የኃይል መጠን ይለቀቃል.
የተቃጠለው ባህሪ ይህንን ምላሽ እንደ ቁጥጥር የኃይል ምንጭ ለመጠቀም ትልቅ ችግር ይፈጥራል።
የቃጠሎ ምላሽ ሙቀት
አሁን በቀጥታ ወደ ጥያቄው መልስ ደርሰናል፣ የሃይድሮጂን ማቃጠል ዝቅተኛው የሙቀት መጠን ምንድነው? ከ19.6% ኤች2 ጋር 2321 ኬ ወይም 2048 oC ነው። ማለትም በአየር ውስጥ ያለው የሃይድሮጅን የሚቃጠል ሙቀት ከፍ ያለ ነው2000 oC (ለሌሎች ክምችቶች 2500 oC ሊደርስ ይችላል) እና ከቤንዚን ድብልቅ ጋር ሲወዳደር ይህ ትልቅ አሃዝ ነው (ለቤንዚን) ወደ 800 oC)። ሃይድሮጅንን በንፁህ ኦክሲጅን ካቃጠሉት የነበልባል ሙቀት የበለጠ ከፍ ያለ ይሆናል (እስከ 2800 oC)።
እንዲህ ያለው ከፍተኛ የነበልባል የሙቀት መጠን ይህን ምላሽ እንደ ሃይል ምንጭ መጠቀም ሌላ ችግር ይፈጥራል።
በእርግጥ ይህ ችግር የሚፈታው ሃይድሮጂን የሚቃጠልበት ክፍል ውስጥ በሚገባ የተነደፈ የማቀዝቀዣ ዘዴ በመጠቀም ነው።
የተለቀቀው የሙቀት መጠን
የሃይድሮጂንን የሚቃጠል የሙቀት መጠን እንደ አንድ አካል ፣ በዚህ ምላሽ ጊዜ የሚለቀቀውን የኃይል መጠን መረጃ መስጠት አስደሳች ነው። ለተለያዩ ሁኔታዎች እና ውህዶች ተቀጣጣይ ድብልቅ ፣ ከ 119 MJ / ኪግ እስከ 141 MJ / ኪግ እሴቶች ተገኝተዋል። ይህ ምን ያህል እንደሆነ ለመረዳት ለአንድ ነዳጅ ድብልቅ ተመሳሳይ ዋጋ 40 MJ / ኪግ እንደሆነ እናስተውላለን።
የሃይድሮጂን ድብልቅ የሀይል ምርት ከቤንዚን በጣም ከፍ ያለ ሲሆን ይህም ለውስጣዊ ማቃጠያ ሞተሮች እንደ ማገዶነት የሚውል ትልቅ ጭማሪ ነው። ይሁን እንጂ ሁሉም ነገር እዚህም እንዲሁ ቀላል አይደለም. ሁሉም ስለ ሃይድሮጂን ጥግግት ነው, በከባቢ አየር ግፊት በጣም ዝቅተኛ ነው. ስለዚህ የዚህ ጋዝ 1 m3 ይመዝናል 90 ግራም ብቻ ነው። ይህን 1 m3 H2 ካቃጠሉት፣ከ10-11MJ ሙቀት ይለቀቃል፣ይህም ከመቼው 4 እጥፍ ያነሰ ነው። 1 ኪሎ ቤንዚን ማቃጠል (ከ1 ሊትር በላይ)።
የተሰጡት አሃዞች እንደሚያሳዩት የሃይድሮጂን ማቃጠያ ምላሽን ለመጠቀም ይህንን ጋዝ በከፍተኛ ግፊት ሲሊንደሮች ውስጥ እንዴት ማከማቸት እንደሚቻል መማር አስፈላጊ ነው ፣ ይህም ቀድሞውኑ በቴክኖሎጂ እና ደህንነት ላይ ተጨማሪ ችግሮች ይፈጥራል።
በቴክኖሎጂ ውስጥ የሃይድሮጂን ተቀጣጣይ ድብልቅ አጠቃቀም፡ችግሮች
በአሁኑ ጊዜ ሃይድሮጂን ተቀጣጣይ ድብልቅ ቀድሞውንም በአንዳንድ የሰዎች እንቅስቃሴ ላይ ጥቅም ላይ ይውላል ማለት አለበት። ለምሳሌ, ለጠፈር ሮኬቶች እንደ ተጨማሪ ነዳጅ, የኤሌክትሪክ ኃይል ለማመንጨት ምንጮች, እንዲሁም በዘመናዊ መኪናዎች የሙከራ ሞዴሎች ውስጥ. ነገር ግን፣ የዚህ መተግበሪያ ልኬት ከቅሪተ አካል ነዳጆች ጋር ሲነጻጸር አነስተኛ ነው እና በአጠቃላይ በተፈጥሮ ውስጥ የሙከራ ነው። ይህ የሆነበት ምክንያት የቃጠሎውን ምላሽ በራሱ ለመቆጣጠር ያለው ችግር ብቻ ሳይሆን ኤች2።
በምድር ላይ ያለው ሃይድሮጅን በንፁህ መልክ አይገኝም፣ስለዚህ ከተለያዩ ውህዶች የተገኘ መሆን አለበት። ለምሳሌ, ከውሃ. ይህ በአሁኑ ጊዜ በጣም ተወዳጅ ዘዴ ነው፣ እሱም የኤሌክትሪክ ፍሰትን በH2O በኩል በማለፍ ነው። ችግሩ ሁሉ ይህ H2. በማቃጠል ማግኘት ከሚችለው በላይ ጉልበት ይበላል.
ሌላው ጠቃሚ ችግር የሃይድሮጅን መጓጓዣ እና ማከማቻ ነው። እውነታው ግን ይህ ጋዝ በሞለኪውሎቹ አነስተኛ መጠን ምክንያት ከማንኛውም "መብረር" ይችላል.መያዣዎች. በተጨማሪም, ወደ alloys የብረት ጥልፍልፍ ውስጥ መግባታቸው, ያላቸውን embrittlement ያስከትላል. ስለዚህ ኤች2 ለማከማቸት በጣም ቀልጣፋው መንገድ "የማይወጣ" ጋዝን በጥብቅ የሚያስተሳስሩ የካርቦን አተሞችን መጠቀም ነው።
በመሆኑም ሃይድሮጅንን እንደ ማገዶ በትንሹም ሆነ በትልቅ ደረጃ መጠቀም የሚቻለው ለኤሌክትሪክ "ማከማቻ" (ለምሳሌ የንፋስ እና የፀሃይ ሃይልን በውሃ ኤሌክትሮላይዝስ በመጠቀም ወደ ሃይድሮጂን በመቀየር) ፣ ወይም ከተማሩ H2 ከጠፈር (ብዙ ባለበት) ወደ ምድር ማድረስ።
