El hidrógeno líquido es el dihidrógeno enfriado por debajo de su punto de rocío, es 20.28 grados Kelvin ( -252,87 ° C ) a presión atmosférica ( 101 325 Pa ). Entonces tiene una densidad de 70,973 kg / m 3 .
Generalmente se le conoce con el acrónimo LH2 para aplicaciones astronáuticas . De hecho, es uno de los combustibles líquidos más utilizados en el despegue, por ejemplo, por el transbordador espacial estadounidense , el lanzador Delta IV o el lanzador Ariane 5 .
El químico y físico escocés James Dewar fue el primero en lograr, en 1899, licuar hidrógeno, al combinar el enfriamiento mecánico del gas con la expansión adiabática . Su proceso fue mejorado por otro químico y físico, el francés Georges Claude , para dar lo que se ha llamado desde el ciclo de Claude :
Otro proceso, el ciclo de Brayton , utiliza helio líquido (el único gas que se licua a una temperatura inferior a la del dihidrógeno ) mezclado con argón (para aumentar su peso molecular medio y hacerlo termodinámicamente más eficiente en las fases de enfriamiento por compresión).
La energía de licuefacción teórica del hidrógeno (funcionamiento ideal) es de unos 14 MJ / kg de la presión atmosférica, es decir dieciséis veces más que licuar una masa equivalente de dinitrógeno .
La densidad del hidrógeno líquido es baja, por lo que el número de átomos de hidrógeno contenidos en un volumen dado de hidrógeno líquido es menor que en el caso de algunos hidrocarburos líquidos. El calor de combustión de un volumen dado de hidrógeno líquido es menor que el del mismo volumen de estos hidrocarburos.
Demostración Densidad del hidrógeno líquido = 70,973 kg / m 3 . Número de moles de H en 1 m 3 de líquido H 2 = 70,973 • 1000 / 1,00794 = 70 414 mol / m 3 . Densidad de octano (C 8 H 18 ) = 700 kg / m 3 . Masa molar de octano = 114,2285 g / mol. Número de moles de octano por metro cúbico = 700 • 1000 / 114,2285 = 6128,07 mol / m 3 . Número de moles de hidrógeno por metro cúbico de octano = 6,128.07 • 18 = 110,305 mol / m 3 .La densidad del hidrógeno gaseoso es de 0.08988 g / L, mientras que la del hidrógeno líquido alcanza los 70.9 g / L.
La compresión del gas a 800 atmósferas da como resultado un gas que tiene una densidad de 44 g / L.
La molécula de hidrógeno tiene dos formas alotrópicas:
El ortohidrógeno representa el 75% de las moléculas a temperatura ambiente, pero solo el 0,21% a 20 K , siendo la transición orto → para exotérmica (527 kJ / kg ). Para evitar que se produzca durante el almacenamiento, y provoque la ebullición de gran parte del gas licuado (casi la mitad en diez días si se deja que la conversión se produzca de forma natural), realizamos hasta el 95% de la orto → para conversión en el momento de la licuefacción utilizando catalizadores como el óxido de hierro (III) Fe 2 O 3, carbón activado , amianto platinizado, tierras raras , compuestos de uranio , óxido de cromo (III) Cr 2 O 3así como ciertos compuestos de níquel .