তরল হাইড্রোজেন

তরল হাইড্রোজেন হল মৌলিক পদার্থ হাইড্রোজেন এর একটি তরল অবস্থা। হাইড্রোজেন প্রকৃতিতে আণবিক H2 আকারে পাওয়া যায়।

তরল হিসাবে উপস্থিত থাকার জন্য H2 কে অবশ্যই তার চরম তাপমাত্রা ৩৩ K এর নীচে শীতল করতে হবে। তবে বায়ুমণ্ডলীয় চাপ এ এটি সম্পূর্ণ তরল অবস্থায় থাকার জন্য H2 কে  এ শীতল করা দরকার। তরল হাইড্রোজেন প্রাপ্তির একটি সাধারণ পদ্ধতি কম্প্রেসর এর সাথে জড়িত। এটি উপস্থিতি এবং নীতি উভয় ক্ষেত্রেই একটি জেট ইঞ্জিনের অনুরূপ। তরল হাইড্রোজেন সাধারণত হাইড্রোজেন স্টোরেজ এর ঘন রূপ হিসাবে ব্যবহৃত হয়। যে কোনও গ্যাসের ক্ষেত্রে তাকে তরল হিসাবে সংরক্ষণ করলে স্বাভাবিক তাপমাত্রা এবং চাপে গ্যাস হিসাবে সংরক্ষণের চেয়ে কম স্থান নেয়। তবে অন্যান্য সাধারণ জ্বালানীর তুলনায় তরলের ঘনত্ব খুব কম হয়। একবার তরল হয়ে গেলে একে চাপযুক্ত ও তাপীয়ভাবে অপরিবাহী পাত্রে তরল হিসাবে রাখা যেতে পারে।

দুটি হাইড্রোজেনের স্পিন বা ঘূর্ণন সমাণু রয়েছে; তরল হাইড্রোজেন ৯৯.৭৯% প্যারাহাইড্রোজেন এবং ০.২১% আর্থোহাইড্রোজেন নিয়ে গঠিত।

ইতিহাস

১৮৮৫ সালে জাইগমুন্ট ফ্লোরেন্টি র্রাবলুস্কি প্রকাশ করেন হাইড্রোজেনের পরম তাপমাত্রা ৩৩K; পরম চাপ ১৩.৩ অ্যাটমস্ফিয়ার; এবং স্ফুটনাঙ্ক ২৩K।

১৮৯৮ সালে জেমস ডিওয়ার তাঁর আবিষ্কার করা ভ্যাকুয়াম ফ্লাস্ক এ পুনরুত্থানশীল শীতলীকরণ ব্যবহার করে হাইড্রোজেন এর তরলীকরণ করে ছিলেন। তরল হাইড্রোজেনের স্থিতিশীল সমাণু প্যারাহাইড্রোজেনের প্রথম সংশ্লেষণটি পল হার্টেক এবং কার্ল ফ্রেড্রিখ বনহোফার ১৯৯৯ সালে উদ্ভাবন করেছিলেন।

হাইড্রোজেনের ঘূর্ণন সমাণু 

হাইড্রোজেনের অণুতে দুটি নিউক্লিয়াসের দুটি পৃথক ঘূর্ণন অবস্থা থাকতে পারে।
প্যারাহাইড্রোজেনে নিউক্লিয় ঘূর্ণন দুটি বিরোধী-সমান্তরাল-সম্পন্ন যা দুটি সমান্তরাল-সম্পন্ন অর্থোহাইড্রোজেনের চেয়ে বেশি স্থিতিশীল। ঘরের তাপমাত্রায় তাপীয় শক্তির কারণে গ্যাসীয় হাইড্রোজেন বেশিরভাগ অর্থো সমাণু আকারে থাকে। তবে নিম্ন তাপমাত্রায় তরল হয়ে গেলে কোনও অর্থো-সমৃদ্ধ মিশ্রণ কেবল স্বল্প-সুস্থিত হয়। এটি ধীরে ধীরে একটি তাপউৎপাদক বিক্রিয়ায় প্যারা সমাণুতে পরিণত হয়। ফলে যথেষ্ট পরিমাণে ছেড়ে দেওয়া তাপ শক্তি দিয়ে তরলটি ফুটতে থাকে। দীর্ঘমেয়াদী আধারে রাখা অবস্থায় তরলের হ্রাস রোধ করতে সচেতনভাবেই এটিকে সাধারণত উৎপাদনের অঙ্গ হিসাবে প্যারা সমাণুতে পরিবর্তণ করা হয়। এর জন্য সাধারণত অনুঘটক ব্যবহৃত হয়। যেমন আয়রন (III) অক্সাইড, সক্রিয় কার্বন, প্লাটিনাইজড অ্যাসবেস্টস, বিরল মৃত্তিকা ধাতু, ইউরেনিয়াম যৌগ, ক্রোমিয়াম (III) অক্সাইড অথবা কিছু নিকেল যৌগ।

ব্যবহারসমূহ
লিকুইড হাইড্রোজেন হ'ল তরল রকেট জ্বালানী রকেটীয় ব্যবহারের জন্য — নাসা এবং মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র বিমান বাহিনী উভয়েরই ৩.৮ মিলিয়ন লিটার (১ মিলিয়ন মার্কিন গ্যালন) পর্যন্ত পৃথক ক্ষমতা সহ বিশাল পরিমাণে তরল হাইড্রোজেন ট্যাঙ্ক পরিচালনা করে।  তরল হাইড্রোজেন দ্বারা চালিত বেশিরভাগ রকেট ইঞ্জিন এর মধ্যে এটি প্রথমে শীতল জারক মিশ্রিত হওয়ার আগে অগ্রভাগ এবং অন্যান্য অংশে — সাধারণত তরল অক্সিজেন (এলওএক্স)  দগ্ধ করে ওজোন এবং হাইড্রোজেন পারক্সাইড সহ জল উৎপাদন করে। ব্যবহারিক এইচ H2–O2 জ্বালানী সমৃদ্ধ রকেট ইঞ্জিন চালিত হলে তার নিষ্কাশনে কিছু অদগ্ধ হাইড্রোজেন থাকতে পারে। এটি দহন কক্ষ এবং অগ্রভাগের ক্ষয় হ্রাস করে। এটি নিষ্কাশনের আণবিক ওজন হ্রাস করে যা অসম্পূর্ণ দহন সত্ত্বেও প্রকৃতপক্ষে নির্দিষ্ট প্ররোচনা বাড়িয়ে তুলতে পারে।

 
তরল হাইড্রোজেন আন্তঃ জ্বলন ইঞ্জিন বা জ্বালানী কোষ এর জ্বালানী হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। বিভিন্ন সাবমেরিন (টাইপ ২১২ সাবমেরিন, টাইপ ২১৪ সাবমেরিন) এবং হাইড্রোজেন যান গুলির ধারণা এই রূপের হাইড্রোজেন ব্যবহার করে নির্মিত হয়েছে (দেখুন ডিপসি (DeepC), বিএমডব্লিউ এইচ২আর)। এর সাদৃশ্যটির কারণে নির্মাতারা তরল প্রাকৃতিক গ্যাস (এলএনজি) এর জন্য নকশা করা সিস্টেমগুলির সাথে মাঝে মাঝে সরঞ্জামগুলির সংশোধন করতে এবং অংশীদারী ব্যবহার করতে পারেন। তবে নিম্ন ভলিউম্যাট্রিক শক্তি হওয়ায় জন্য বেশি আয়তনে হাইড্রোজেন দহণের প্রয়োজন হয়। সরাসরি ইনজেকশন ব্যবহার না করা হলে গুরুতর গ্যাস-স্থানচ্যুতির প্রভাবে পাম্পিং হ্রাস বাড়িয়ে তোলে।

নিউট্রন বিক্ষিপ্ত করার জন্য নিউট্রনকে শীতল করতেও তরল হাইড্রোজেন ব্যবহৃত হয়। যেহেতু নিউট্রন এবং হাইড্রোজেন নিউক্লিয়ায় সমান ভর রয়েছে তাই পারস্পরিক ক্রিয়ায় গতি শক্তি বিনিময় সর্বাধিক (ইলাস্টিক সংঘর্ষ) হয়। শেষে অনেক বুদবুদ চেম্বার পরীক্ষায় অতি উচ্চতপ্ত (সুপারহিটেড) তরল হাইড্রোজেন ব্যবহার করা হয়।

পারমাণবিক সংশ্লেষণের জন্য প্রথম থার্মোনিউক্লিয়ার বোমা আইভী মাইক এ তরল ডিউটেরিয়াম (হাইড্রোজেন-২) ব্যবহার করা হয়েছিল।

আরও দেখুন

 গ্যাসীয় পদার্থ
 ডিউটেরিয়াম

তথ্যসূত্র

হাইড্রোজেন প্রযুক্তি
রকেট জ্বালানি
হাইড্রোজেন
শিল্প গ্যাস
হাইড্রোজেন পদার্থবিজ্ঞান
তরল জ্বালানি
হিমজননবিজ্ঞান