氢气在多少磅每平方英寸下会变成液体？

液氢

液态氢（H2（l））是元素氢的液态。氢气自然存在于分子H2形式中。

为了以液体形式存在，H2冷却到临界点33 K以下。然而，为了在大气压下达到完全液态，H2需要冷却至20.28开尔文（−252.87摄氏度;−423.17华氏度）。[5]一种常见的液氢获取方法是使用一种在外观和原理上都类似喷气发动机的压缩机。液氢通常作为氢气储存的浓缩形式使用。以液体储存空间比以常温和常压储存为气体少。然而，与其他常见燃料相比，其液体密度非常低。液化后，它可以在隔热容器中保持液体状态一段时间。

氢有两种自旋异构体：室温下的氢是75%的正方氢。在低温温度下，它通过放热方式转化为副氢。液氢的热力学至低能态由99.79%副氢和0.21%正氢组成。[5]为避免储藏时放热导致过度沸腾，液化过程中采用催化转化为对氢的催化反应。

氢气的液化只低要求为3.3千瓦时/千瓦时（12兆焦耳/千克），包括将氢转化为对异构体的低功率

为3.9千瓦时/千瓦时（14兆焦耳）。现有液化设施使用10–13千瓦时/千瓦时（36–47兆焦耳/千克），而氢气的加热值为33千瓦时/千瓦时（119千焦耳/千克）。[7]最新研究显示，未来设施预计将比能需求减半至6.5千瓦时/千克（23兆焦耳/千克）。

历史

1885年，齐格蒙特·弗洛伦蒂·弗罗布莱夫斯基发表了氢的临界温度为33 K（−240.2 °C;−400.3 °F）;临界压力，13.3标准大气压（195磅力/平方英寸）;沸点为23 K（−250.2 °C;−418.3 °F）。

氢气由詹姆斯·杜瓦尔于1898年通过再生冷却和他的发明真空瓶液化。1929年，保罗·哈特克和卡尔·弗里德里希·朋霍费尔初次合成了稳定异构体液氢——副氢。

氢的自旋异构体

二氢分子中的两个核可以有两种不同的自旋态。 副氢中，两个核自旋反平行，比正氢（两者平行）更稳定。在室温下，气态氢因热能大多处于邻居异构态，但富集邻居的混合物只有在低温液化时才具备亚稳态。它缓慢地经历放热反应，形成对异构体，释放出足够的能量以热量使部分液体沸腾。[9]为防止长期储存过程中液体损失，因此在生产过程中有意将其转化为对异构体，通常使用催化剂如氧化铁（III）、活性炭、铂石棉、稀土金属、铀化合物、氧化铬或某些镍化合物。

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液氢

名字

IUPAC名称

氢

系统性IUPAC名称

液氢

其他名称

氢气（低温液体）、冷藏氢气;LH2，对氢

标识符

CAS编号

1333-74-0 检查

三维模型（JSmol)

互动图像

ChEBI

切比：33251 检查

化学蜘蛛

762 检查

凯格

C00282 检查

PubChem CID

783

RTECS编号

MW8900000

UNII

7YNJ3PO35Z 检查

联合国编号1966

InChI

微笑

性能

化学式H2（l）

摩尔质量2.016 g·mol−1

外观无色液体

密度0.07085 克/立方厘米3（4.423 磅/立方英尺）[1]

熔点−259.14°C（−434.45°F;14.01 K）[2]

沸点−252.87°C（−423.17°F;20.28 K）[2]

危害

GHS标记：[3]

象形图GHS02：易燃GHS04：压缩气体

信号字危险

危害陈述H220，H280

预防性声明P210、P377、P381、P403

NFPA 704（火钻）

NFPA 704 四色钻石340冷冻

自燃

温度571°C（1,060°F;844 K）[2]

爆炸极限LEL 4.0%;UEL 74.2%（空气中）[2]

除非另有说明，数据均为材料的标准态（25°C [77 °F]，100 kPa）。

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信息框参考资料

液态氢（H2（l））是元素氢的液态。氢气自然存在于分子H2形式中。[4]

为了以液体形式存在，H2冷却到临界点33 K以下。然而，为了在大气压下达到完全液态，H2需要冷却至20.28开尔文（−252.87摄氏度;−423.17华氏度）。[5]一种常见的液氢获取方法是使用一种在外观和原理上都类似喷气发动机的压缩机。液氢通常作为氢气储存的浓缩形式使用。以液体储存空间比以常温和常压储存为气体少。然而，与其他常见燃料相比，其液体密度非常低。液化后，它可以在隔热容器中保持液体状态一段时间。[6]

氢有两种自旋异构体：室温下的氢是75%的正方氢。在低温温度下，它通过放热方式转化为副氢。液氢的热力学至低能态由99.79%副氢和0.21%正氢组成。[5]为避免储藏时放热导致过度沸腾，液化过程中采用催化转化为对氢的催化反应。

氢气的液化低要求为3.3千瓦时/千瓦时（12兆焦耳/千克），包括将氢转化为对异构体的低功率为3.9千瓦时/千瓦时（14兆焦耳）。现有液化设施使用10–13千瓦时/千瓦时（36–47兆焦耳/千克），而氢气的加热值为33千瓦时/千瓦时（119千焦耳/千克）。新研究显示，未来设施预计将比能需求减半至6.5千瓦时/千克（23兆焦耳/千克）

历史

更多信息：低温技术时间线

1955年贝瓦特龙实验室两个玻璃瓶中液氢气泡形成

1967年俄亥俄州布鲁克帕克格伦研究中心的真空室内大型氢罐

2008年，德国阿尔特吕斯海姆Autovision博物馆的Linde AG液氢罐

两块美国交通部的标牌，标示含有危险物质，这些材料与液氢一起使用

1885年，齐格蒙特·弗洛伦蒂·弗罗布莱夫斯基发表了氢的临界温度为33 K（−240.2 °C;−400.3 °F）;临界压力，13.3标准大气压（195磅力/平方英寸）;沸点为23 K（−250.2 °C;−418.3 °F）。

氢气由詹姆斯·杜瓦尔于1898年通过再生冷却和他的发明真空瓶液化。1929年，保罗·哈特克和卡尔·弗里德里希·朋霍费尔初次合成了稳定异构体液氢——副氢。

氢的自旋异构体

主条目：氢的自旋异构体

二氢分子中的两个核可以有两种不同的自旋态。 副氢中，两个核自旋反平行，比正氢（两者平行）更稳定。在室温下，气态氢因热能大多处于邻居异构态，但富集邻居的混合物只有在低温液化时才具备亚稳态。它缓慢地经历放热反应，形成对异构体，释放出足够的能量以热量使部分液体沸腾。[9]为防止长期储存过程中液体损失，因此在生产过程中有意将其转化为对异构体，通常使用催化剂如氧化铁（III）、活性炭、铂石棉、稀土金属、铀化合物、氧化铬或某些镍化合物。

用途

液氢是火箭应用中常见的液体燃料，NASA和美国空军使用，它们运营大量液氢罐，单个容量可达3万升（8万美制加仑）。

在大多数液氢火箭发动机中，液氢首先冷却喷嘴和其他部件，然后与氧化剂（通常是液氧）混合，燃烧后产生含有微量臭氧和过氧化氢的水。实用的H-2-O2火箭发动机燃料丰富，排气中含有部分未燃烧的氢气。这减少了燃烧室和喷嘴的侵蚀。它还降低了废气的分子量，从而增加比冲，尽管燃烧不完全。

液氢可以用作内燃机或燃料电池的燃料。多种潜艇，包括212型潜艇、214型潜艇等，以及使用这种氢气形式的概念载具，如DeepC、宝马H2R等。由于其相似性，制造商有时可以改装并共享与液化天然气（LNG）设计的系统共用设备。液氢正在研究中，作为飞机的零碳燃料。由于体积能量较低，燃烧所需的氢气体积较大。除非使用直接喷射，否则严重的气体的位移效应也会阻碍最大呼吸并增加泵送损失。

液氢也被用来冷却中子，以便用于中子散射。由于中子和氢原子核质量相近，每次相互作用的动能交换是最大的（弹性碰撞）。最后，过热液氢被用于许多气泡室实验。

头一颗热和弹“常春藤迈克”使用液态氘（也称为氢-2）进行核聚变。

属性

氢气在纯氧环境中燃烧的产物仅是水蒸气。然而，高温燃烧和大气中的氮气可能导致氮≡键断裂，如果不进行排气清洗，会产生有毒的氮氧化物。由于水通常被认为对环境没有害，燃烧水的发动机可以被视为“零排放”。然而，在航空领域，大气中排放的水蒸气对全求变暖有贡献（程度比二氧化碳小）。[2]液氢的比能远高于汽油、天然气或柴油。

液氢的密度仅为70.85 kg/m³（3 K时），相对密度仅为20.0。虽然比能是其他燃料的两倍多，但这使其体积能量密度及低，许多燃料甚至低了数倍。

液氢需要低温储存技术，如特殊的热绝缘容器，并且需要所有低温燃料共有的特殊处理。这与液态氧相似，但更严重。即使是热绝缘容器，也很难保持如此低的温度，氢气会逐渐泄漏（通常以每天1%的速度[13]）。它还存在许多与其他氢气形式相同的安全问题，同时温度足够低，能够液化甚至凝固大气中的氧气，这可能带来爆炸危险。

氢的三点为13.81 K[5]和7.042 kPa。

安全性

由于温度较低，液氢对冷烧伤构成危险。氢本身在生物上是惰性的，作为蒸气，其为一的人体健康危害是氧气的置换，导致窒息，同时其极高的易燃性和与空气混合时爆炸的能力。由于液氢易燃性，除非有意点火，否则应避免接触热或火焰。与比空气轻的常温气态氢不同，最近从液体汽化出来的氢气非常冷，比空气重，可以形成易燃的比空气重的空气-氢混合物。

由于低温低于氧气的沸点，存在间接安全风险。暴露在热绝缘不足的液氢安全壳中，可能导致空气在安全壳外部冷凝，进而富集氧气，从而自发点燃易燃物质。