O hidrogênio líquido é o dihidrogênio resfriado abaixo de seu ponto de orvalho, é de 20,28 graus Kelvin ( -252,87 ° C ) à pressão atmosférica ( 101 325 Pa ). Em seguida, tem uma densidade de 70,973 kg / m 3 .
Geralmente é referido pela sigla LH2 para aplicações astronáuticas . Na verdade, é um dos combustíveis líquidos mais usados na decolagem, por exemplo, pelo ônibus espacial americano , o lançador Delta IV ou o lançador Ariane 5 .
O químico e físico escocês James Dewar foi o primeiro a ter sucesso, em 1899, na liquefação do hidrogênio, combinando o resfriamento mecânico do gás com a expansão adiabática . Seu processo foi aprimorado por outro químico e físico, o francês Georges Claude , para dar o que se chamou desde o ciclo de Claude :
Outro processo, o ciclo de Brayton , utiliza hélio líquido (único gás a se liquefazer a uma temperatura inferior à do di-hidrogênio ) misturado ao argônio (para aumentar seu peso molecular médio a fim de torná-lo termodinamicamente mais eficiente nas fases de resfriamento por compressão).
A energia de liquefação teórica do hidrogênio (operação ideal) é cerca de 14 MJ / kg da pressão atmosférica, ou seja, dezesseis vezes mais do que para liquefazer uma massa equivalente de dinitrogênio .
A densidade do hidrogênio líquido é baixa, de modo que o número de átomos de hidrogênio contidos em um determinado volume de hidrogênio líquido é menor do que no caso de alguns hidrocarbonetos líquidos. O calor de combustão de um determinado volume de hidrogênio líquido é menor que o do mesmo volume desses hidrocarbonetos.
Demonstração Densidade do hidrogênio líquido = 70,973 kg / m 3 . Número de moles de H em 1 m 3 de líquido H 2 = 70,973 • 1000 / 1,00794 = 70 414 mol / m 3 . Densidade de octano (C 8 H 18 ) = 700 kg / m 3 . Massa molar de octano = 114,2285 g / mol. Número de moles de octano por metro cúbico = 700 • 1000 / 114,2285 = 6 128,07 mol / m 3 . Número de moles de hidrogênio por metro cúbico de octano = 6.128,07 • 18 = 110.305 mol / m 3 .A densidade do gás hidrogênio é 0,08988 g / L, enquanto a do hidrogênio líquido atinge 70,9 g / L.
A compressão do gás para 800 atmosferas resulta em um gás com uma densidade de 44g / L.
A molécula de hidrogênio tem duas formas alotrópicas:
O ortohidrogênio representa 75% das moléculas à temperatura ambiente, mas apenas 0,21% a 20 K , sendo a transição orto → para exotérmica (527 kJ / kg ). Para evitar que aconteça durante o armazenamento, e provoque a ebulição de grande parte do gás liquefeito (quase a metade em dez dias se a conversão for permitida de forma natural), realizamos até 95% do orto → para conversão no momento da liquefação usando catalisadores como óxido de ferro (III) Fe 2 O 3, carvão ativado , amianto platinizado, terras raras , compostos de urânio , óxido de cromo (III) Cr 2 O 3bem como certos compostos de níquel .