Monday, July 1, 2013

METALİK HİDROJEN

Hidrojen periyodik cetveldeki en küçük, tek elektronlu elementtir. Kendisi aynı zamanda bir ametaldir. Ancak yapılan araştırmalarda bunun her zaman doğru olmadığını görüyoruz. Çok yüksek basınç altında hidrojen molekülleri metallik özellikleri gösterebiliyor.

Nasıl? : Çok yüksek basınç altında hidrojen molekülü içindeki proton ve elektronlar serbest kalır. Elektronların bağları kopar ve serbestçe hareket etmeye başlarlar. Bu da hidrojene metalik özellik kazandırır. Böylelikle hem sıcaklığı hem de elektriği çok iyi bir biçimde iletir.

Nerede? : Jüpiter ve Satürn'de sıvı metalik hidrojen bulunuyor. Özellikle Jüpiter bu konuda tam bir cennet. (%90) En dış cephesindeki gaz katmanı Dünya'da bulunan hidrojen gibi gaz halde. Ancak daha derine inince (atmosferde 1000 km) aşağısındaki katmanda sıvı metalik hidrojen bulunuyor.   20 000 km derinliğinde 3 milyon bar basınçta yine sıvı metalik hidrojen bulunduğu düşünülüyor. Jüpiter'de çok yüksek atmosfer basıncı var. En sonunda basınç o kadar yüksek oluyor ki elektronlar sıkışıyor  ve bağları kopup hidrojen molekülünün içinden çıkıyorlar. Böylelikle hidrojen sıvı bir metal gibi iletken oluyor. Jüpiter içinde o kadar çok sıvı metal hidrojen var ki gezegene devasa bir jeneratör denilebilir. Aynı zamanda sahip olduğu güçlü manyetik alanı (450 milyon mil uzunluğunda ki bu güneş sistemi içerisindeki en büyük manyetik alandır) da derin sıvı metalik hidrojen ve hızlı dönüşüne (yaklaşık 10 saat) borçlu.

Özellikleri : ---> Viskozitesi ( akışkan maddelerin akmaya karşı gösterdikleri direnç) su gibi çok düşüktür.
                      ---> Elektrik ve sıcaklığı çok iyi derecede iletir.
                      ---> Ayna gibi ışığı yansıtır.
                      ---> Metalik hidrojenin stabilitesi (istikrarı) artar.
                      ---> Süper iletkenlik (elektriksel direnç sıfır olduğu durum yani elektriksel etkinliklerin sonsuza ulaşması)

Deneyler : 1) İlk olarak 1935'te bunun üstüne deney yapıldı. 25GPa (246 730 .817atm)  basıncında metal olacağını tahmin ettiler ancak hiç bir metallik özellik bulunamadı. 2)Yakın zamanda bu basınç 100GPa'ya çıkarıldı sıfır derecede metal dönüşüm ipuçları bulunsa bile genel anlamda bir sonuç çıkmadı. 
3)220 GPa basınçta oda sıcaklığında (yaklaşık 25 derece) hidrojen opak hale geldi ve elektriği iletti.
4)260 GPa basınçta 30Kelvin (yaklaşık eksi 243 derece) de hidrojen moleküllerinin dayanıklılığı %20 arttı. Tam bir metal özelliğine sahip. 

Laboratuvardaki üretimi : Hidrojen moleküllerini elmas örs hücresi içindeki aluminyum-epoksi cunda deliğinin içinde yoğunlaştırıyorlar. Böylece elmasın ve cunda deliğinin içindeki ışık alışverişlerini ölçülebiliyor. Elmas yüzeyindeki elektrotlar da istikrarını ve dayanıklılığını ölçebiliyorlar. Profesör Arthur Ruoff deneylerin 4cü maddesindeki moleküllerin dayanıklılığın %20 artmasını garip bulur. Normal bir metalin o şartlar altında %4000 artması gerektiğini hesaplar ve hidrojenin o sırada epoksi (sıvı olarak uygulanan ve kuruduktan sonra suya, aside ve alkaliye dirençli bir madde. Zaman içinde direncini yetirmez, çabuk temizlenir ve hijyenik olan kimyasal reçine) maddesi ile etkileşime girdiğinden şüphelenir.

Gelecekteki potansiyel kullanım alanları : ---> Yakıt :Sadece su kullanımı ile. Normal sıvı  molekül  haldeki hidrojenden yaklaşık 20 kat daha yoğun. Oksijen yanmasıyla 20 kat daha çok enerji açığa çıkar ve daha kolay yanar. Uzay araçlarında kullanılan H2/O2'den 5 kat daha güçlü itme gücüne sahip.
---> Nükleer Füzyon'da performans daha artabilir.
---> Oto sanayi : elmas ve grafit ayrışmadığı gibi hidrojenin ayrıştığında ilk durumuna dönemeyen bir formu olduğu düşünülüyor. Aliminyum esnekliğinde ve onun 1/3'ü yoğunluğunda. Böylece otomobiller hem daha hafif hem de daha yüksek enerji kapasitesinde olurlar.