¿El hidrógeno destruye los metales?

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En la década de 1980, Michael Knight era una de las únicas personas que viajaban en un automóvil propulsado por hidrógeno (y eso estaba en la televisión). Décadas más tarde, este autobús de pila de combustible se prepara para salir a dar un paseo de demostración como si no fuera gran cosa. ¿Querer aprender más? ¡Mira estas fotos de vehículos de combustible alternativo! Foto AP / Niño Bob

Mucho antes de que David Hasselhoff agitara sus pectorales en las playas de "Baywatch", protagonizó un programa de televisión llamado "Knight Rider", un éxito de acción con un superdeportivo llamado KITT. El llamativo automóvil era tan genial y tan poderoso (¿Qué adolescente que se respetaba a sí mismo no quería sentarse detrás del volante?) Que nuestro héroe de pelo rizado perseguía fácilmente a los malos por toda la ciudad a unas asombrosas 300 millas (483 kilómetros) por persona. hora. Dang, el auto incluso hablaba como un abuelo cariñoso.

¿Qué le dio a KITT su increíble poder? El automóvil venía equipado con un motor de hidrógeno que permitió a Michael Knight (Hasselhoff) atormentar a los villanos de televisión más cobardes de principios de los 80..

Más de una década después de que la serie original colapsara y quemara en las clasificaciones, políticos, periodistas y otros comenzaron a promocionar el hidrógeno como la energía del futuro, una alternativa a los combustibles fósiles como el carbón. Dijeron que el hidrógeno era el elixir mágico que alimentaría todas nuestras necesidades eléctricas y de transporte. Después de todo, el hidrógeno era abundante y se quemaba limpio, lo que teóricamente ayudaría a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. De hecho, en 2003, nada menos que el presidente de Estados Unidos, George W. Bush, quien hizo su fortuna en el negocio del petróleo, anunció que destinaría 1.200 millones de dólares en un intento de hacer del hidrógeno el combustible preferido de los estadounidenses [fuente: CNN].

¿Quién podría culparlo? El hidrógeno es una maravillosa fuente de combustible. Diablos, alimenta el sol. No solo eso, nunca podremos quedarnos sin hidrógeno. Está en nuestro aire y en nuestra agua. El hidrógeno es el elemento más abundante del universo (aunque no en la Tierra).

Pero antes de invertir en un vehículo propulsado por hidrógeno, piense en esto: Rust nunca duerme, ni tampoco el hidrógeno. El elemento hace que el metal se vuelva quebradizo, reduce su resistencia y puede debilitar un automóvil como una termita a través de la madera [fuente: Science Daily]. Sí, no es bueno.

Hidrógeno, en su posición principal en la tabla periódica. ¿Quieres ver una versión más grande? Haga clic aquí para ver una versión más grande y detallada de la tabla periódica. Se abrirá en una ventana separada para que pueda alternar entre el artículo y la tabla. ©

Viajemos en el tiempo hasta el año 1520. En Suiza, un alquimista llamado Philippus Aureolus Paracelsus ha puesto un trozo de hierro en una solución de ácido sulfúrico. El ácido comienza a burbujear en "un aire que estalla como el viento". Aunque Paracelso no lo sabía entonces, ese viento que hace burbujas resultó ser hidrógeno. El elemento No. 1 fue nombrado oficialmente a fines del siglo XVIII por Antoine-Laurent Lavoisier, un aristócrata francés que incursionó en la ciencia y finalmente perdió la cabeza durante la Revolución Francesa [fuentes: ASME, Chemical Heritage].

Los científicos e inventores pronto descubrieron que el hidrógeno de Lavoisier era el elemento más ligero del universo. Si bien eso podría resultar maravilloso para llenar globos, no fue tan sorprendente en lo que respecta a las interacciones entre el hidrógeno y el metal. De hecho, los átomos de hidrógeno tienen la asombrosa capacidad de filtrarse a través de varios metales, volviéndolos quebradizos, eventualmente agrietándolos, rompiéndolos y rompiéndolos [fuente: Science Daily].

Aunque los científicos han estado estudiando los fenómenos desde 1875, no comprenden completamente la física del problema. Lo que sí saben es que los átomos de hidrógeno se difunden o esparcen fácilmente a través de los metales, especialmente a altas temperaturas. Los átomos se recombinan entre sí para formar moléculas de hidrógeno. Estas moléculas encuentran un hogar en los rincones y grietas microscópicas del metal, creando una gran cantidad de presión. Esa presión reduce la resistencia a la tracción del metal. ¡Grieta! El metal se rompe [fuente: Universidad McGill].

Los investigadores no pueden predecir dónde se producirá la fragilización por hidrógeno. Todo lo que saben es que al diminuto átomo de hidrógeno le encanta penetrar y devorar la mayoría de las aleaciones de alta resistencia, incluido el acero y las a base de níquel. Incluso pueden ver cómo sucede durante las simulaciones por computadora [fuente: Universidad McGill]. La gravedad de la fragilización varía según el tipo de aleación y la temperatura [fuente: gris].

La fragilización del hidrógeno se ha convertido en la pesadilla de cosas como portaaviones, acorazados, aeroplanos, naves espaciales y reactores nucleares. En ocasiones, las consecuencias han sido mortales. En 1985, un soldado murió en Gran Bretaña cuando fallaron los pernos de un cañón autopropulsado de obús de 155 mm de fabricación estadounidense. Los pernos sujetaban el colector que subía y bajaba el arma. Los pernos se rompieron, inmovilizando al soldado debajo del colector. Los investigadores culparon a la fragilización del hidrógeno. El gas hizo que los pernos fueran tan frágiles que no pudieron soportar las fuertes sacudidas producidas por el arma que disparaba. En 1984, los pernos (también para los soportes de las armas) de un tanque M1 Abrams también se rompieron [fuente: Anderson].

Los científicos están trabajando febrilmente tratando de predecir cómo, cuándo y dónde se producirá la fragilización por hidrógeno. La industria automotriz, entre otras, está preocupada por eso. Como probablemente sepa, los vehículos propulsados ​​por hidrógeno obtienen su energía de un dispositivo llamado pila de combustible. Las pilas de combustible permiten que el hidrógeno se combine con el oxígeno para producir calor y electricidad. Los únicos subproductos son el calor y el agua [fuente: Laboratorio Nacional de Energía Renovable].

Los átomos de hidrógeno pueden perforar el metal durante el proceso de fabricación, como cuando los trabajadores colocan piezas de automóviles en placas de cromo, sueldan piezas juntas o cuando el metal se muele o se prensa. La infiltración de hidrógeno también puede ocurrir cuando el automóvil se conduce por la carretera. Los átomos saturan el metal y se filtran en los tanques de combustible y otros componentes. Como resultado, las piezas de automóviles como los tanques de combustible, las pilas de combustible y los rodamientos de bolas pueden fallar sin previo aviso. ¿El resultado? Facturas de reparación costosas y cosas peores [fuente: Science Daily].

No descarte la idea del coche de hidrógeno todavía. Investigadores en Alemania han estado estudiando cómo los átomos de hidrógeno se mueven a través del metal. Al rastrear la ruta de los átomos, esperan desarrollar materiales resistentes a la fragilización que puedan usarse en automóviles de hidrógeno. Los científicos también están investigando formas de detener el proceso de fragilización calentando constantemente los átomos de hidrógeno que siempre están en movimiento [fuente: Science Daily].

Al comprender mejor cómo los átomos de hidrógeno realizan su actividad destructiva, los científicos e ingenieros confían en que podrán fabricar tanques de combustible a bordo y otras partes que no se degraden con el tiempo [fuente: Azom.com]. Antes de que te des cuenta, todos estaremos conduciendo autos de hidrógeno.

Nota del autor: ¿El hidrógeno destruye el metal??

Hasta que comencé a investigar este artículo, no tenía idea de que el hidrógeno, el elemento más abundante del universo, fuera tan destructivo. Oh, claro, sabía los conceptos básicos de por qué mi amada Ford Ranger 1993 comenzó a oxidarse: el oxígeno combinado con el hierro para formar óxido de hierro, y antes de darme cuenta, estaba raspando, imprimando y pintando. Supongo que no debería haberme sorprendido al saber que el hidrógeno corroe el metal con la misma facilidad. La fragilización del hidrógeno es un asunto serio, especialmente cuando el hidrógeno es un componente clave para resolver nuestras necesidades de combustible y ayudar al planeta. Con suerte, los científicos podrán encontrar una solución rentable al problema..

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Fuentes

  • La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME). "Motor cohete RL10". (14 de enero de 2013) http://files.asme.org/asmeorg/communities/history/landmarks/5636.pdf
  • Anderson, Jack. "Soldado muere cuando se rompen armas defectuosas". Bandera de la estrella de Ocala. 16 de febrero de 1987. (5 de enero de 2013) http://news.google.com/newspapers?id=xZ0TAAAAIBAJ&sjid=mAYEAAAAIBAJ&pg=4103,25787&dq=hydrogen+embrittlement&hl=en
  • Azom.com. "La economía del hidrógeno del futuro impulsa la investigación sobre la fragilización del hidrógeno. 28 de mayo de 2008. (5 de enero de 2013) http://www.azom.com/news.aspx?newsID=12342
  • La Fundación del Patrimonio Químico. "Antoine-Laurent Lavoisier". (4 de enero de 2013) http://www.chemheritage.org/discover/online-resources/chemistry-in-history/themes/early-chemistry-and-gases/lavoisier.aspx
  • CNN.com. "Bush promociona los beneficios del combustible de hidrógeno". 6 de febrero de 2003. (3 de enero de 2013) http://articles.cnn.com/2003-02-06/politics/bush-energy_1_hydrogen-power-fuel-cells-dependence-on-foreign-oil?_s = PM: ALLPOLITICS
  • Gray, Hugh. R. "Fragilidad ambiental del hidrógeno". NASA. 26 de junio de 1972. (5 de enero de 2013) http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19720019924_1972019924.pdf
  • Making-Hydrogen.com. "Historia del Hidrógeno". (4 de enero de 2013). http://www.making-hydrogen.com/history-of-hydrogen.html
  • Universidad McGill. "El estudio revela pistas sobre la causa de la fragilización por hidrógeno". 19 de noviembre de 2012. (7 de enero de 2013) http://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/study-reveals-clues-cause-hydrogen-embrittlement-219051.
  • Laboratorio Nacional de Energías Renovables. "Conceptos básicos del hidrógeno". 18 de mayo de 2012. (4 de enero de 2013) http://www.nrel.gov/learning/eds_hydrogen.html
  • Ciencia diaria. "Pistas sobre la causa de la fragilización por hidrógeno en los metales: los hallazgos podrían orientar el diseño de nuevos materiales resistentes a la fragilización". 19 de noviembre de 2012. (4 de enero de 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121119132309.htm
  • Ciencia diaria. "El hidrógeno hace que el metal se rompa". 21 de agosto de 2010. (3 de enero de 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2010/08/100816114831.htm



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