როგორ თხევადი წყალბადის

წყალბადის ყველაზე უხვი ელემენტია სამყაროში. იგი შედგება ერთი პროტონისა და ერთი ელექტრონისაგან, ის კაცობრიობისთვის ყველაზე მსუბუქი ელემენტია - და ატარებენ ენერგიას დედამიწაზე თავის სიმრავლესთან ერთად, წყალბადის შეიძლება იყოს სუფთა, უფრო ეფექტური ენერგიის გასაღები მიწოდება. ამასთან, როდესაც საქმე ეხება წყალბადის გამოსაყენებლად გამოყენებას, უნდა გაირკვეს დაბრკოლება: წყალბადის არსებობა გაზია ნაგულისხმევად, მაგრამ ყველაზე სასარგებლოა თხევადი სახით შენახვისას. სამწუხაროდ, წყალბადის გათხევადება არც ისე ადვილია, როგორც ორთქლის თხევად წყალად გადაქცევა. ბევრად მეტი შრომაა საჭირო თხევადი წყალბადის შესაქმნელად - მაგრამ ამის მეთოდები თითქმის 150 წელია არსებობს და მეცნიერები სულ უფრო უადვილებენ მას.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

მიუხედავად იმისა, რომ წყალბადის თხევადი ხდება ძირითადად ელემენტის ერთდროულად შესანახად, თხევადი წყალბადის გამოყენება ხდება როგორც კრიოგენული გამაგრილებელი, როგორც მოწინავე საწვავის ელემენტების კომპონენტი და როგორც საწვავის კრიტიკული კომპონენტი, რომელიც გამოიყენება სივრცის ძრავების ენერგიისთვის შატლები. წყალბადის გათხევადებისთვის იგი უნდა მიიყვანოს მის კრიტიკულ წნევამდე და შემდეგ გაცივდეს კელვინის 33 გრადუსზე დაბალ ტემპერატურაზე.

მიუხედავად იმისა, რომ მეცნიერები ჯერ კიდევ იკვლევენ წყალბადის სასარგებლო, მასშტაბური ენერგიის წყაროდ გადაქცევის გზებს, თხევადი წყალბადის გამოყენება გამოიყენება სხვადასხვა პროგრამებისთვის. ყველაზე ცნობილია, რომ NASA და სხვა კოსმოსური სააგენტოები იყენებენ თხევადი წყალბადის და სხვა აირების კომბინაციას, როგორიცაა ჟანგბადი და ფტორი ენერგიის დიდი რაკეტები - და დედამიწის ატმოსფეროს გარეთ, თხევადი ფორმით შენახული წყალბადის გამოიყენება როგორც propellant სივრცეში გადაადგილება მანქანები. დედამიწაზე თხევად წყალბადს ასევე აქვს ფართო გამოყენება, როგორც კრიოგენული გამაგრილებელი საშუალება და როგორც მოწინავე საწვავის უჯრედების კომპონენტი, რამაც შეიძლება ერთ მშვენიერ დღეს ელექტროენერგია მიაწოდოს მანქანებს, სახლებს და ქარხნებს.

ყველა ელემენტი ერთნაირად არ იქცევა დედამიწის ბუნებრივი ტემპერატურული დიაპაზონის, ატმოსფერული წნევის და სიმძიმის პირობებში. წყალი უნიკალურია იმით, რომ ამ პირობებში მას შეუძლია გადაადგილდეს მყარ, თხევად და გაზურ მდგომარეობებს შორის, მაგრამ რკინა ნაგულისხმევია მყარი - წყალბადის ჩვეულებრივ გაზია. მყარი შეიძლება გადაიქცეს სითხეებად და საბოლოოდ გაზებად სითბოს გამოყენებით, სანამ ელემენტი არ მიაღწევს დნობას და შემდეგ დუღილის წერტილს, ხოლო გაზები პირიქით იმუშავებენ: ელემენტარული შემადგენლობის მიუხედავად, გაზი შეიძლება თხევადი იყოს მისი გაგრილებით, თხევადი გახდეს კონდენსაციის წერტილში და მყარი, გაყინვა. წყალბადის ეფექტურად შესანახად და ტრანსპორტირებისთვის, აირისებრი ელემენტი პირველ რიგში უნდა გადაიქცეს სითხეში, მაგრამ ისეთი ელემენტები, როგორიცაა წყალბადის, რომლებიც დედამიწაზე როგორც გაზები არსებობს, არ შეიძლება უბრალოდ გაცივდეს, რომ იქცეს სითხეები. პირველ რიგში, ამ გაზებზე უნდა მოხდეს ზეწოლა, რათა შეიქმნას პირობები, სადაც თხევადი ელემენტი შეიძლება არსებობდეს.

წყალბადის დუღილის წერტილი წარმოუდგენლად დაბალია - კელვინის 21 გრადუსზე (ფარენგეიტის დაახლოებით -421 გრადუსით), თხევადი წყალბადის გაზი გადაიქცევა. და რადგან სუფთა წყალბადის წარმოუდგენლად აალებადია, უსაფრთხოების მიზნით წყალბადის გათხევადების პირველი ნაბიჯი მისი კრიტიკულ წნევამდე მიყვანაა - წერტილი რომლის დროსაც, მაშინაც კი, თუ წყალბადის კრიტიკულ ტემპერატურაზეა (ტემპერატურა, რომელზეც მხოლოდ წნევა არ შეუძლია გაზს სითხეში გადააქციოს), იგი იძულებული გახდება თხევადი. წყალბადი ტუმბოდება მთელი რიგი კონდენსატორების, გაზის სარქველებისა და კომპრესორების საშუალებით, რათა მიაღწიოს მას 13 ბარის, ანუ დედამიწის სტანდარტულ ატმოსფერულ წნევაზე 13 – ჯერ მეტ წნევას. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ხდება, წყალბადის დამთავრება ხდება მისი თხევადი ფორმით შენარჩუნებისთვის.

მიუხედავად იმისა, რომ წყალბადის ზეწოლა უნდა მოხდეს თხევადი მდგომარეობის შესანარჩუნებლად, მისი გაგრილების პროცესი სითხის შენარჩუნების მიზნით შეიძლება განსხვავდებოდეს. შეიძლება გამოყენებულ იქნას მცირე, სპეციალიზებული გამაგრილებელი დანადგარები, ისევე როგორც ძლიერი სითბოს გადამმუშავებლები, რომლებიც მუშაობენ ზეწოლის პროცესთან ერთად. მიუხედავად ამისა, წყალბადის გაზი უნდა შევიდეს მინიმუმ 33 გრადუს კელვინში (წყალბადის კრიტიკული ტემპერატურა), რომ გახდეს სითხე. ეს ტემპერატურა ყოველთვის უნდა შენარჩუნდეს, რათა უზრუნველყოს თხევადი წყალბადის ამ ფორმაში შენარჩუნება. კელვინის 21 გრადუსზე ნაკლებ ტემპერატურაზე მიაღწევთ წყალბადის დუღილის წერტილს და თხევადი ელემენტი დაიწყებს გაზურ მდგომარეობაში დაბრუნებას. ამ ტემპერატურისა და წნევის შენარჩუნება სწორედ ამ დროს აძვირებს თხევადი წყალბადის შენახვას, ტრანსპორტირებას და გამოყენებას.