धातु हाइड्रोजन

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धात्विक हाइड्रोजन हाइड्रोजन का एक चरण (पदार्थ) है जिसमें यह विद्युत चालक की तरह व्यवहार करता है। इस चरण की भविष्यवाणी 1935 में यूजीन विग्नर और हिलार्ड बेल हंटिंगटन द्वारा सैद्धांतिक आधार पर की गई थी।[1] उच्च दबाव और तापमान पर, धात्विक हाइड्रोजन ठोस के बजाय आंशिक तरल के रूप में मौजूद हो सकता है, और शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि यह बृहस्पति और शनि के गर्म और गुरुत्वाकर्षण से संकुचित अंदरूनी हिस्सों के साथ-साथ कुछ exoplanets में बड़ी मात्रा में मौजूद हो सकता है।[2]


सैद्धांतिक भविष्यवाणियां

बृहस्पति का एक चित्र ग्रह के आंतरिक भाग का एक मॉडल दिखा रहा है, जिसमें एक चट्टानी ग्रहीय कोर तरल धात्विक हाइड्रोजन (मैजेंटा के रूप में दिखाया गया है) की एक गहरी परत और मुख्य रूप से आणविक हाइड्रोजन की एक बाहरी परत है। बृहस्पति की वास्तविक आंतरिक रचना अनिश्चित है। उदाहरण के लिए, कोर पिघले हुए कोर के साथ मिश्रित गर्म तरल धात्विक हाइड्रोजन के संवहन धाराओं के रूप में सिकुड़ सकता है और इसकी सामग्री को ग्रहों के इंटीरियर में उच्च स्तर तक ले जा सकता है। इसके अलावा, हाइड्रोजन परतों के बीच कोई स्पष्ट भौतिक सीमा नहीं है - बढ़ती गहराई के साथ गैस तापमान और घनत्व में सुचारू रूप से बढ़ती है, अंततः तरल बन जाती है। ऑरोरा और गैलिलियन चंद्रमाओं की कक्षाओं को छोड़कर सुविधाओं को बड़े पैमाने पर दिखाया गया है।

दबाव में हाइड्रोजन

यद्यपि अक्सर आवर्त सारणी में क्षार धातु स्तंभ के शीर्ष पर रखा जाता है, हाइड्रोजन सामान्य परिस्थितियों में क्षार धातु के गुणों को प्रदर्शित नहीं करता है। इसके बजाय, यह डायटोमिक अणु बनाता है H2 अणु, हैलोजन के अनुरूप और आवर्त सारणी की दूसरी अवधि में कुछ अधातु, जैसे नाइट्रोजन और ऑक्सीजन। डायटोमिक हाइड्रोजन एक गैस है जो वायुमंडलीय दबाव पर, तरल हाइड्रोजन और ठोस हाइड्रोजन केवल बहुत कम तापमान (क्रमशः 20 डिग्री और पूर्ण शून्य से 14 डिग्री ऊपर) पर होती है। यूजीन विग्नर और हिलार्ड बेल हंटिंगटन ने भविष्यवाणी की थी कि आसपास के भारी दबाव में 25 GPa (250,000 atm; 3,600,000 psi), हाइड्रोजन धात्विक गुणों को प्रदर्शित करेगा: असतत के बजाय H2 अणु (जिसमें दो प्रोटॉन के बीच बंधे दो इलेक्ट्रॉन होते हैं), एक बल्क चरण प्रोटॉन की एक ठोस जाली और पूरे इलेक्ट्रॉनों के डेलोकलाइज्ड इलेक्ट्रॉन के साथ बनेगा।[1]तब से, प्रयोगशाला में धात्विक हाइड्रोजन का उत्पादन उच्च दबाव भौतिकी की पवित्र कब्र के रूप में वर्णित किया गया है।[3] आवश्यक दबाव की मात्रा के बारे में प्रारंभिक भविष्यवाणी अंततः बहुत कम दिखाई गई।[4] विग्नर और हंटिंगटन द्वारा पहले काम के बाद से, अधिक आधुनिक सैद्धांतिक गणना उच्च की ओर इशारा करती है, लेकिन फिर भी संभावित रूप से प्राप्त करने योग्य धातुकरण दबाव लगभग 400 GPa (3,900,000 atm; 58,000,000 psi).[5][6]


तरल धात्विक हाइड्रोजन

हीलियम-4 परम शून्य के पास मानक दबाव पर एक तरल हीलियम है, जो इसकी उच्च शून्य-बिंदु ऊर्जा (ZPE) का परिणाम है। सघन अवस्था में प्रोटॉन का ZPE भी अधिक होता है, और उच्च दबावों पर ऑर्डरिंग एनर्जी (ZPE के सापेक्ष) में गिरावट की उम्मीद होती है। नील एशक्रॉफ्ट और अन्य लोगों द्वारा तर्क दिए गए हैं कि संपीड़ित हाइड्रोजन में अधिकतम गलनांक होता है, लेकिन यह भी कि 400 GPa के आसपास दबावों पर घनत्व की एक सीमा हो सकती है, जहां हाइड्रोजन एक तरल धातु होगी, यहां तक ​​कि कम तापमान पर भी।[7][8] गेंग ने भविष्यवाणी की कि प्रोटॉन का जेडपीई वास्तव में हाइड्रोजन के पिघलने के तापमान को न्यूनतम तक कम करता है 200–250 K (−73 – −23 °C) के दबाव में 500–1,500 GPa (4,900,000–14,800,000 atm; 73,000,000–218,000,000 psi).[9][10] इस समतल क्षेत्र के भीतर तरल और ठोस अवस्था के बीच एक मौलिक मेसोफ़ेज़ मध्यवर्ती हो सकता है, जो metastability को कम तापमान तक स्थिर कर सकता है और एक सुपरसॉलिड अवस्था में प्रवेश कर सकता है।[11]


अतिचालकता

Main article: Superconductivity
Further information: Room temperature superconductor

1968 में, नील एशक्रॉफ्ट ने सुझाव दिया कि धात्विक हाइड्रोजन एक अतिचालकता हो सकती है, कमरे के तापमान तक (290 K or 17 °C). यह परिकल्पना चालन इलेक्ट्रॉनों और जाली कंपन के बीच अपेक्षित मजबूत युग्मन (भौतिकी) पर आधारित है।[12] इसकी वास्तव में 2019 की शुरुआत में पुष्टि हो सकती है; धातु हाइड्रोजन को प्रयोगशाला में कम से कम दो बार बनाया गया है, और एक 250K मीस्नर प्रभाव को अस्थायी रूप से देखा गया है लेकिन सिल्वर एट अल द्वारा स्वतंत्र रूप से सत्यापित नहीं किया गया है। और फ्रांस में एक टीम।[13]


रॉकेट प्रणोदक के रूप में

मेटास्टेबिलिटी धात्विक हाइड्रोजन में अत्यधिक कुशल रॉकेट प्रणोदक के रूप में क्षमता हो सकती है, जिसमें 1700 सेकंड तक का सैद्धांतिक विशिष्ट आवेग होता है (संदर्भ के लिए, वर्तमान सबसे शक्तिशाली रासायनिक रॉकेट प्रणोदक का ISP 500 से कम है[14]), हालांकि बड़े पैमाने पर उत्पादन और पारंपरिक उच्च मात्रा भंडारण के लिए उपयुक्त मेटास्टेबल फॉर्म मौजूद नहीं हो सकता है।[15][16] एक अन्य महत्वपूर्ण मुद्दा प्रतिक्रिया की गर्मी है, जो किसी भी ज्ञात इंजन सामग्री के उपयोग के लिए 6000 K से अधिक है। इसके लिए पानी या तरल हाइड्रोजन के साथ धात्विक हाइड्रोजन को पतला करने की आवश्यकता होगी, एक ऐसा मिश्रण जो अभी भी वर्तमान प्रणोदकों से एक महत्वपूर्ण प्रदर्शन को बढ़ावा देगा।[14]


नए प्रकार के क्वांटम द्रव की संभावना

पदार्थ की वर्तमान में ज्ञात सुपर स्टेट्स सुपरकंडक्टर्स, सुपरफ्लुइड तरल पदार्थ और गैसें और सुपरसॉलिड हैं। ईगोर बाबदेव ने भविष्यवाणी की कि यदि हाइड्रोजन और ड्यूटेरियम में तरल धात्विक अवस्थाएँ हैं, तो उनके पास क्वांटम आदेशित अवस्थाएँ हो सकती हैं जिन्हें सामान्य अर्थों में सुपरकंडक्टिंग या सुपरफ्लुइड के रूप में वर्गीकृत नहीं किया जा सकता है। इसके बजाय, वे दो संभावित नए प्रकार के क्वांटम तरल पदार्थों का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं: सुपरकंडक्टिंग सुपरफ्लुइड्स और मेटालिक सुपरफ्लुइड्स। ऐसे तरल पदार्थों की बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों और घुमावों के लिए अत्यधिक असामान्य प्रतिक्रियाओं की भविष्यवाणी की गई थी, जो बाबदेव की भविष्यवाणियों के प्रायोगिक सत्यापन के लिए एक साधन प्रदान कर सकते हैं। यह भी सुझाव दिया गया है कि, एक चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में, हाइड्रोजन सुपरकंडक्टिविटी से superfluidिटी और इसके विपरीत चरण संक्रमण प्रदर्शित कर सकता है।[17][18][19]


=== लिथियम मिश्र धातु आवश्यक दबाव === कम कर देता है 2009 में, ज़्यूरेक एट अल। भविष्यवाणी की है कि मिश्र धातु LiH6 हाइड्रोजन को धातुकृत करने के लिए आवश्यक दबाव के केवल एक चौथाई दबाव पर एक स्थिर धातु होगी, और इसी तरह के प्रभाव LiH प्रकार के मिश्र धातुओं के लिए होने चाहिएn और संभवतः अन्य पॉलीहाइड्राइड | क्षार उच्च-हाइड्राइड सिस्टम, यानी प्रकार XH के मिश्र धातुn जहाँ X एक क्षार धातु है।[20] इसे बाद में AcH में सत्यापित किया गया8 और लाह10 टी के साथc 270K आ रहा है[21] अटकलें लगाई जा रही हैं कि अन्य यौगिक कमरे के तापमान अतिचालकता के साथ मात्र एमपीए दबावों पर भी स्थिर हो सकते हैं।

प्रायोगिक खोज

शॉक-वेव कम्प्रेशन, 1996

मार्च 1996 में, लॉरेंस लिवरमोर राष्ट्रीय प्रयोगशाला में वैज्ञानिकों के एक समूह ने बताया कि उन्होंने पहली पहचान योग्य धातु हाइड्रोजन का उत्पादन किया था।[22] हजारों केल्विन के तापमान पर लगभग एक microsecond के लिए, अधिक का दबाव 100 GPa (1,000,000 atm; 15,000,000 psi), और घनत्व लगभग 0.6 g/cm3.[23] टीम को धात्विक हाइड्रोजन का उत्पादन करने की उम्मीद नहीं थी, क्योंकि यह ठोस हाइड्रोजन का उपयोग नहीं कर रहा था, जिसे आवश्यक माना गया था, और धातुकरण सिद्धांत द्वारा निर्दिष्ट तापमान से ऊपर काम कर रहा था। पिछले अध्ययन जिसमें हीरे की निहाई के अंदर ठोस हाइड्रोजन को 250 GPa (2,500,000 atm; 37,000,000 psi)पता लगाने योग्य धातुकरण की पुष्टि नहीं की। टीम ने कम चरम विद्युत प्रतिरोधकता और चालकता परिवर्तनों को मापने की मांग की थी, जिनकी उन्हें उम्मीद थी। शोधकर्ताओं ने 1960 में विज्ञान में इस्तेमाल किया। 1960 के दशक की प्रकाश-गैस बंदूक, मूल रूप से गाइडेड मिसाइल स्टडीज में नियोजित, एक सील कंटेनर में तरल हाइड्रोजन के आधे मिलीमीटर मोटे नमूने वाले एक इंपैक्टर प्लेट को शूट करने के लिए। तरल हाइड्रोजन विद्युत प्रतिरोध को मापने वाले उपकरण की ओर जाने वाले तारों के संपर्क में था। वैज्ञानिकों ने पाया कि जैसे-जैसे दबाव बढ़ता गया 140 GPa (1,400,000 atm; 21,000,000 psi), इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा ऊर्जा अंतराल, विद्युत प्रतिरोध का एक उपाय, लगभग शून्य हो गया। अपनी असम्पीडित अवस्था में हाइड्रोजन का बैंड गैप लगभग होता है 15 eV, यह एक विद्युत इन्सुलेटर बना रहा है लेकिन, जैसे ही दबाव काफी बढ़ जाता है, बैंड गैप धीरे-धीरे कम हो जाता है 0.3 eV. क्योंकि द्रव की ऊष्मीय ऊर्जा (तापमान लगभग हो गया 3,000 K or 2,730 °C नमूना के संपीड़न के कारण) ऊपर था 0.3 eV, हाइड्रोजन को धात्विक माना जा सकता है।

अन्य प्रायोगिक अनुसंधान, 1996-2004

स्थिर संपीड़न और कम तापमान पर प्रयोगशाला स्थितियों में धात्विक हाइड्रोजन के उत्पादन में कई प्रयोग जारी हैं। 1998 में कॉर्नेल विश्वविद्यालय से आर्थर रूफ और चंद्रभास नारायण,[24] और बाद में 2002 में फ्रांस के Commissariat à l'Energie Atomique के पॉल लौबेरे और रेने लेटूलेक ने दिखाया है कि ग्रहीय कोर पर उन लोगों के करीब दबाव है (320–340 GPa or 3,200,000–3,400,000 atm) और तापमान 100–300 K (−173–27 °C)गैर-शून्य बैंड अंतराल के कारण, हाइड्रोजन अभी भी एक वास्तविक क्षार धातु नहीं है। कम तापमान और स्थैतिक संपीड़न पर प्रयोगशाला में धात्विक हाइड्रोजन को देखने की खोज जारी है। ड्यूटेरियम पर भी अध्ययन जारी है।[25] गोथेनबर्ग विश्वविद्यालय के शहरयार बादी और लीफ होल्मिड ने 2004 में दिखाया है कि उत्तेजित हाइड्रोजन परमाणुओं (रयडबर्ग पदार्थ) से बने संघनित धात्विक राज्य धात्विक हाइड्रोजन के प्रभावी प्रवर्तक हैं।[26]


स्पंदित लेजर ताप प्रयोग, 2008

सैद्धांतिक रूप से अधिकतम पिघलने की अवस्था (तरल धात्विक हाइड्रोजन के लिए पूर्वापेक्षा) की खोज शांति डीम्याद और इसहाक एफ। सिल्वर द्वारा स्पंदित लेजर हीटिंग का उपयोग करके की गई थी।[27] हाइड्रोजन युक्त आणविक silane (SiH4) मिखाइल एरेमेट्स|एम.आई. द्वारा धातुकृत होने और सुपरकंडक्टिविटी बनने का दावा किया गया था। एरेमेट्स एट अल..[28] यह दावा विवादित है, और उनके परिणाम दोहराए नहीं गए हैं।[29][30]


तरल धात्विक हाइड्रोजन का प्रेक्षण, 2011

2011 में एरेमेट्स और ट्रॉयन ने स्थिर दबावों पर हाइड्रोजन और ड्यूटेरियम की तरल धात्विक अवस्था का अवलोकन करने की सूचना दी 260–300 GPa (2,600,000–3,000,000 atm).[31][32] इस दावे पर 2012 में अन्य शोधकर्ताओं ने सवाल उठाया था।Cite error: Closing </ref> missing for <ref> tag यह हाल ही में प्रस्तावित किया गया है कि सितारों में हाइड्रोजन की विद्युत चालकता होती है 1.1×106 S/m.

जेड मशीन, 2015

2015 में, जेड स्पंदित पावर सुविधा के वैज्ञानिकों ने ऑप्टिकल परावर्तकता में वृद्धि के साथ जुड़े एक विद्युत इन्सुलेटर-टू-कंडक्टर संक्रमण, घने तरल ड्यूटेरियम का उपयोग करके धातु ड्यूटेरियम के निर्माण की घोषणा की।[33][34]


ठोस धात्विक हाइड्रोजन का दावा किया गया प्रेक्षण, 2016

5 अक्टूबर 2016 को, हार्वर्ड विश्वविद्यालय के रंगा डायस और इसहाक एफ. सिलोरा ने प्रायोगिक साक्ष्य के दावों को जारी किया कि ठोस धात्विक हाइड्रोजन को लगभग के दबाव में प्रयोगशाला में संश्लेषित किया गया था। 495 gigapascals (4,890,000 atm; 71,800,000 psi) हीरा निहाई सेल का उपयोग करना।[35][36] यह पांडुलिपि अक्टूबर 2016 में उपलब्ध थी,[37] और एक संशोधित संस्करण बाद में जनवरी 2017 में जर्नल विज्ञान (पत्रिका) में प्रकाशित हुआ था।[35][36]

पेपर के प्रीप्रिंट संस्करण में, डायस और सिल्वा लिखते हैं:

बढ़ते दबाव के साथ हम नमूने में परिवर्तन देखते हैं, पारदर्शी से काला, एक परावर्तक धातु में जा रहा है, बाद में 495 GPa के दबाव पर अध्ययन किया गया है ... एक ड्रूड मुक्त इलेक्ट्रॉन मॉडल का उपयोग करके प्रतिबिंब T = 5.5 K पर 30.1 eV की प्लाज्मा आवृत्ति निर्धारित करें, 6.7×1023 कणों/सेमी3 के संगत इलेक्ट्रॉन वाहक घनत्व के साथ , सैद्धांतिक अनुमानों के अनुरूप। गुण धातु के होते हैं। प्रयोगशाला में ठोस धात्विक हाइड्रोजन का उत्पादन किया गया है।

— Dias & Silvera (2016)[37]

सिल्वर ने कहा कि उन्होंने अपने प्रयोग को नहीं दोहराया, क्योंकि अधिक परीक्षण उनके मौजूदा नमूने को नुकसान पहुंचा सकते थे या नष्ट कर सकते थे, लेकिन वैज्ञानिक समुदाय को आश्वासन दिया कि और परीक्षण आ रहे हैं।[38][39] उन्होंने यह भी कहा कि दबाव अंततः जारी किया जाएगा, यह पता लगाने के लिए कि क्या नमूना मेटास्टेबिलिटी # संघनित पदार्थ और मैक्रोमोलेक्युलस था (यानी, दबाव जारी होने के बाद भी यह अपनी धात्विक अवस्था में बना रहेगा)।[40] साइंस, प्रकृति (पत्रिका) में दावा प्रकाशित होने के कुछ समय बाद's न्यूज डिवीजन ने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें कहा गया कि कुछ अन्य भौतिकविदों ने परिणाम को संदेह के साथ माना। उच्च दबाव अनुसंधान समुदाय के प्रमुख सदस्यों ने दावा किए गए परिणामों की आलोचना की,[41][42][43][44] दावा किए गए दबावों या दावा किए गए दबावों पर धात्विक हाइड्रोजन की उपस्थिति पर सवाल उठाना।

फरवरी 2017 में, यह बताया गया कि दावा किए गए धात्विक हाइड्रोजन का नमूना खो गया था, हीरे की निहाई के टूटने के बाद यह टूट गया था।[45] अगस्त 2017 में, सिल्वर और डायस ने इरेटा जारी किया[46] तनावग्रस्त प्राकृतिक हीरे के ऑप्टिकल घनत्व और उनके पूर्व-संपीड़न हीरे की निहाई सेल में उपयोग किए जाने वाले सिंथेटिक हीरे के बीच भिन्नता के कारण सही परावर्तन मूल्यों के बारे में विज्ञान लेख के लिए।

जून 2019 में Commissariat à l'énergie atomique et aux energies विकल्प (फ्रेंच वैकल्पिक ऊर्जा और परमाणु ऊर्जा आयोग) की एक टीम ने इलेक्ट्रॉन बीम मशीनिंग का उपयोग करके उत्पादित एक टॉरॉयडल प्रोफाइल डायमंड एविल सेल का उपयोग करके लगभग 425GPa पर धातु हाइड्रोजन बनाने का दावा किया।[47]


=== राष्ट्रीय प्रज्वलन सुविधा, 2018 === में द्रव ड्यूटेरियम पर प्रयोग अगस्त 2018 में, वैज्ञानिकों ने नई टिप्पणियों की घोषणा की[48] 2000 के नीचे एक इन्सुलेट से एक धातु के रूप में द्रव ड्यूटेरियम के तेजी से परिवर्तन के संबंध में। प्रयोगात्मक डेटा और क्वांटम मोंटे कार्लो सिमुलेशन के आधार पर भविष्यवाणियों के बीच उल्लेखनीय समझौता पाया जाता है, जो आज तक की सबसे सटीक विधि होने की उम्मीद है। इससे शोधकर्ताओं को बृहस्पति, शनि और संबंधित exoplanet जैसे गैस विशाल को बेहतर ढंग से समझने में मदद मिल सकती है, क्योंकि ऐसा माना जाता है कि ऐसे ग्रहों में बहुत अधिक तरल धात्विक हाइड्रोजन होते हैं, जो उनके देखे गए शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्रों के लिए जिम्मेदार हो सकते हैं।[49][50]


यह भी देखें


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  • चरण (मामला)
  • विद्युत कंडक्टर
  • अधिक दबाव
  • शनि ग्रह
  • ग्रह कोर
  • अलकाली धातु
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  • धातु
  • संकुचित हाइड्रोजन
  • कमरे का तापमान
  • कितना तरल पदार्थ
  • नसीब
  • हीरा निहाई
  • विज्ञान में 1960
  • विद्युतीय प्रतिरोध
  • तापीय ऊर्जा
  • कर्नेल विश्वविद्यालय
  • रिडबर्ग मामला
  • Z स्पंदित विद्युत सुविधा
  • विदेश महाविद्यालय
  • प्रतिबिंब

संदर्भ

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