Как специфика строения атома водорода может повлиять на его функциональные свойства? Вот вам очень интересный пример из серии "почему нельзя остановиться просто на изучении структуры" и как я пришёл в итоге к теоретической физике.
Энергетики обычно облицовывают ёмкости для хранения водорода под давлением специальными полимерными составами. И часто пара металл-чистый водород становится для специалистов кошмаром. И нет, ёмкости и резервуары не корродируют. Всё куда круче -
если полимера не будет, то емкость просто... Развалится 😆 Выше показан излом, образовавшийся естественным путём.
Виной всему
строение атома водорода.
Когда атом водорода входит в металл (а при постоянном контакте это происходит хотя бы из-за диффузии), он обычно отдает свой единственный электрон в зону проводимости материала. Большинство элементов сохраняют внутреннее электронное облако, создающее стерические препятствия, из-за которых электроны сильно отталкиваются друг от друга при слишком близком сближении.
У протона водорода, не имеющего внутренней оболочки, такого электронного облака нет. Поскольку у него нет внутреннего электронного облака, которое могло бы оказывать сопротивление кристаллической решетке, он
легко перемещается в межатомных пространствах.
Способность водорода избегать столкновений не ограничивается только физическими факторами. Поскольку водород невероятно мал, на его поведение
сильно влияет квантовая механика. Длина волны де Бройля протона достаточно велика, чтобы он мог квантово туннелировать сквозь физические энергетические барьеры между междоузлиями. Вместо того чтобы использовать тепловую энергию для преодоления барьера от одного пустого пространства в кристаллической решетке к другому, атом водорода может просто обойти эту преграду. Это позволяет водороду быстро диффундировать через твердые материалы даже при чрезвычайно низких температурах, где более тяжелые атомы прочно зафиксированы.
Свободно перемещаясь по стальной решетке, эти протоны
сталкиваются с микроскопическими дефектами, границами зерен или крошечными пустотами. Когда два протона водорода встречаются в одной из таких пустот, они забирают электроны и образуют связь, формируя газообразный водород.
Это уже не полезно, так как вызывает колоссальные внутренние напряжения. Но помимо этого всё это ещё и реагировать химически начинает с образованием продуктов реакции.
Это
огромное внутреннее давление разрывает окружающий металл, вызывая катастрофическое разрушение структуры, известное как
водородное охрупчивание. Металл разрушается изнутри наружу. И это под микроскопом выглядит так, как показано на картинке.
Вот вам сразу три фактора в одно связке. и Два из них выходят за рамки механики.
Чат канала
теперь тут