Реферат на тему: Металлический водород. Обогащение веществ водородом - путь к его металлизации

Введение

Как известно, в обычных условиях (скажем, при атмосферном давлении) водород состоит из молекул, кипит при Тс =20,3 К и затвердевает при Тt =14 К. Плотность твердого водорода р=0,076 г/см 3 и он является диэлектриком. Однако при достаточно сильном сжатии, когда внешние атомные оболочки оказываются раздавленными, все вещества должны переходить в металлическое состояние. Грубую оценку плотности металлического водорода можно получить, если считать, что расстояние между протонами порядка боровского радиуса. Количественные, хотя и ненадежные расчеты приводят к меньшей плотности: например, согласно, молекулярный водород находится в термодинамическом равновесии с металлическим водородом при давлении р=2,60 Мбар, когда плотность металлического водорода р = 1,15 г/см3 (плотность молекулярного водорода при этом р=0,76 г/см3). Согласно [161, в равновесии р=1-2,5 Мбар, причем неопределенность связана с отсутствием достаточно надежных данных об уравнении состояния молекулярной фазы. Возможно, металлический водород является сверхпроводящим, причем с высоким значением Тс, достигающим 100-300 К (для металлического водорода дебаевская температура примерно 3000 К.

Получение такого простейшего в некотором отношении металла, как металлический водород, и определение для него критической температуры Тс представляют не только очевидный физический интерес, но может иметь актуальное астрофизическое значение (достаточно сказать, что большие планеты, такие, как Юпитер и Сатурн, в значительной своей части содержат металлический водород). Но еще несравненно важнее, что металлический водород может оказаться устойчивым даже в отсутствие давления. Существование подобных, вполне устойчивых метастабильных модификаций общеизвестно (примером может служить алмаз, который при низких температуре и давлении обладает более высокой свободной энергией, чем графит). В отношении металлического водорода вопрос о его устойчивости в отсутствие давления, как свидетельствуют некоторые расчеты, также решается положительно, но остается неясным, будет ли это состояние жить достаточно долго. Независимо от вопроса об устойчивости и длительности существования метастабильного состояния, теоретическое исследование возможной структуры металлического водорода привело к интересным и неожиданным результатам: при нулевом давлении металлический водород должен иметь нитевидную структуру без упорядочения вдоль нитей, т. е. должен обладать только двумерной периодичностью (нити образуют треугольную решетку в перпендикулярной к ним плоскости). Под давлением металлический водород может перейти в жидкое состояние еще до достижения равновесного давления (давления, при котором сосуществуют металлический и молекулярный водород); в этом случае, очевидно, твердый молекулярный водород будет под давлением переходить в жидкий металлический водород.

Возможно, однако, что жидкому состоянию отвечают давления, большие равновесного. В других работах получены, правда, иные выводы, и в целом вопрос о структуре металлического водорода остается открытым.

Оглавление

- Введение

- Металлический водород

- Обогащение веществ водородом - путь к его металлизации

- Слой металлического водорода у Юпитера

- Внутреннее строение Юпитера Заключение

- Литература

Заключение

С водородом, как мы знаем, сегодня связаны, по меньшей мере, три надежды: на термоядерную энергию, на передачу энергии почти без потерь (в сверхпроводящих устройствах при температуре жидкого водорода, а не жидкого гелия) и - как на горючее, безвредное для окружающей среды.

И все эти надежды связывают, прежде всего с металлическим водородом, т.е. таким водородом, который представляет собой твердое тело, обладающее высокой электропроводностью и другими свойствами металла. Компактный металлический водород должен быть наиболее удобным водородом-топливом.

Кроме того, есть теоретические предпосылки, согласно которым металлический водород может существовать и при обычной температуре, оставаясь при этом сверхпроводником.

Список литературы

1. Р. Cudazzo, G. Profeta, А. Sanna, А. Floris, А. Continenza, S. Massidda, Е.К. U. Gross. Аb Initio Description оf High-Temperature Superconductivity in Dense Molecular Hydrogen // Physical Review Letters, 100, 257001 (2008).

. Evа Zurek, Roald Hoffmann, N.W. Ashcroft, Artem R. Oganov, Andriy О. Lyakhov. А little bit оf lithium does а lot for hydrogen // PNAS. October 20, 2009. V. 106. Р. 17640-17643.

. Wignе Е., Hиntingtоn Н.В., Оn the possibility оf а metallic modification оf hydrogen, "J. Chem. Phys.", 1935, v. 3, р. 746;

. Stevensоn D.J., Interiors оf giant planets, "Ann. Rev. Earth Planet. Sci.", 1982, v. 10, р. 257;

5. Каган Ю.,Пушкарев В., Xолас А., Уравнение состояния металлической фазы водорода, "ШЭТФ", 1977, т. 73, с. 967;

. Жарков В.Н., Внутреннее строение Земли и планет, 2 изд., М., 1983, гл. 10;

. Григорьев Ф.В. и др., Экспериментальное определение сжимаемости водорода при плотностях 0,5+ 2 г/см3, "Письма в ЖЭТФ", 1972, т. 16, с. 286; 6) Ross М., Matter under extreme conditions оf temperature and pressure, "Repts Progr. Phys.", 1985, v. 48, р. 1;

. Min В.I., Jansen Н.J.F., Freeman А., Structural properties superconductivity and magnetism оf metallic hydrogen, "Phys. Rev. В", 1984, V. 30, №9, р. 5076. В.В. Авилов

. О физике и астрофизике. Гинсбург В.Л. - М.: Наука, 1980. с. 29.