氫

氫是原子序數(shù)為1的化學(xué)元素，其化學(xué)符號為H，在元素周期表中位于第一位。氫的原子質(zhì)量為1.00794u，是最輕的，也是宇宙中含量最多的元素，大約占據(jù)宇宙質(zhì)量的75%。

氫 - 資料

名稱：氫

符號：H

序號：1

系列非金屬

族：1族

周期：第一周期

元素分區(qū)：s區(qū)

密度：0.0899kg/m3

硬度：273K

顏色：外表無色

大氣含量：10-4%

地殼含量：0.88%

熔點：-259.14°C

沸點：-252.8°C

臨界溫度：33.19K

臨界壓力：12.98大氣壓

氣體密度：0.0899克/升

水溶解度21.4厘米/千克水(0°C下)

氫 - 名稱由來

希臘語hydro(水)+genes(造成)，意即“產(chǎn)生水”的物質(zhì)。

中文原稱“氫氣”為“輕氣”，“氫”屬以后新造的形聲字。

日語及朝鮮語循希臘語原義，稱為“水素”。

氫 - 各種數(shù)據(jù)表

化學(xué)數(shù)據(jù)表

原子量 1.00794 u

原子半徑

25.0pm

共價半徑 37.3 pm

范德華半徑 120.0 pm

價電子排布 1s1

密度 0.084g/L

鮑林離子半徑 208.0pm(-1)

電子在每能級的排布1

氧化數(shù)

1(-1)

晶體結(jié)構(gòu)六角形

物理數(shù)據(jù)表

核內(nèi)質(zhì)子數(shù) 1

核外電子數(shù) 1

核電荷數(shù) 1

質(zhì)子質(zhì)量1.673E-27

質(zhì)子相對質(zhì)量1.007

所屬周期1

所屬族數(shù)IA，有時單獨為氫族

摩爾質(zhì)量1

聲速1270 m/s(293.15K)

氫化物無

氧化物H2O

最高價氧化物H2O

物質(zhì)狀態(tài)常溫下為水

能量表

熔點13.81K

沸點 20.28K

摩爾體積 11.42×10-6m3/mol

汽化熱 0.44936 kJ/mol

熔化熱0.05868 kJ/mol

蒸氣壓209 帕(23K)

電負(fù)性2.1

1的電離能為

1333.5668KJ/mol

比熱14304 J/(kg·K)

熱導(dǎo)率0.1815 W/(m·K)

氫 - 分布情況

在地球上和地球大氣中只存在極稀少的游離狀態(tài)氫。在地殼里，如果按重量計算，氫只占總重量的1%，而如果按原子百分?jǐn)?shù)計算，則占17%。氫在自然界中分布很廣，水便是氫的“倉庫”——水中含11%的氫;泥土中約有1.5%的氫;石油、天然氣、動植物體也含氫。在空氣中，氫氣倒不多，約占總體積的一千萬分之五。在整個宇宙中，按原子百分?jǐn)?shù)來說，氫卻是最多的元素。據(jù)研究，在太陽的大氣中，按原子百分?jǐn)?shù)計算，氫占81.75%。在宇宙空間中，氫原子的數(shù)目比其他所有元素原子的總和約大100倍。 地殼巖石中分布量1520ppm。

氫 - 性質(zhì)特點

氫是元素周期表中的第一號元素，元素名來源于希臘文，原意是“水素”。氫是由英國化學(xué)家卡文迪許在1766年發(fā)現(xiàn)，稱之為可燃空氣，并證明它在空氣中燃燒生成水。1787年法國化學(xué)家拉瓦錫證明氫是一種單質(zhì)并命名。氫在地殼中的豐度很高，按原子組成占15.4%，但重量僅占1%。在宇宙中，氫是最豐富的元素。在地球上氫主要以化和態(tài)存在于水和有機物中。有三種同位素：氕、氘、氚。

氫在通常條件下為無色、無味的氣體;氣體分子由雙原子組成;熔點-259.14°C，沸點-252.8°C，臨界溫度33.19K，臨界壓力12.98大氣壓，氣體密度0.0899克/升;水溶解度21.4厘米?/千克水(0°C)，稍溶于有機溶劑。

在常溫下，氫比較不活潑，但可用合適的催化劑使之活化。在高溫下，氫是高度活潑的。除稀有氣體元素外，幾乎所有的元素都能與氫生成化合物。非金屬元素的氫化物通常稱為某化氫，如鹵化氫、硫化氫等;金屬元素的氫化物稱為金屬氫化物，如氫化鋰、氫化鈣等。

氫 - 同位素

在自然界中存在的同位素有：氕(氫1)、氘(氫2，重氫)、氚(氫3，超重氫)，以人工方法合成的同位素有：氫4、氫5、氫6、氫7，氕只同位素-氫，這里是特指的。氫：可以泛指氫這種元素即原子核中只有一個質(zhì)子的元素，包括氕氘氚;同時也可以指氫氣。

前面介紹的是普通的氫，它的原子量是1，它還有兩個“能干”的大“哥哥”氘(音刀)和氚(音川)它們的原子量分別是2和3。人們有時候也把它們稱為“重氫”和“超重氫”，它們與氧結(jié)合生成的水分別叫重水和超重水。

水在地球上的總重大約是140億億噸，其中重水還不到萬分之二。為了得到一公斤重水就要消耗掉6萬度電和一百噸水，這比砂里淘金花的代價要大得多，因而重水的價格要比金子貴。大自然中的重水非常少，而超重水就更加少了，在寬廣無際的大海里，連十億分之一也找不到，只有靠人工的方法去制造。一般是把金屬鋰放在原子反應(yīng)堆中，在中子的轟擊下，使鋰轉(zhuǎn)變?yōu)殡埃缓笈c氧化合生成超重水。制造一公斤超重水要消耗近十噸的原子能量，而且生產(chǎn)很慢，一個工廠一年也不過制造幾十公斤超重水，所以超重水的價格比重水還要貴上萬倍，比金子要貴幾十萬倍。

表面看來，重水和一般的水沒有什么兩樣。但脾氣卻大不一樣，如果你用重水養(yǎng)金魚，沒多久魚便死了，用重水浸過的種子不會發(fā)芽。重水的“個頭”也比水大，一立方米重水比一立方米普通的水要重105.6公斤。普通的水在零度時結(jié)冰，在100℃時沸騰;而重水在3.8℃時就變成了冰，人們把它叫做“熱冰”。雖然重水和超重水生產(chǎn)起來要花費很大代價，但人們還是在不斷地制造著他們。這是什么緣故呢?原來它們對人類也有很多好處。先說起重水，它有放射性，利用它的這個特性，科學(xué)家可以研究某些生物或化學(xué)過程的進(jìn)展情況。比如讓病人喝一點含有極少量超重水的茶，半小時后，就可以從尿中檢查出放射性，一直到14天以后，放射性才消失，這說明水分在人體中停留的時間是14天。如果要研究某種化學(xué)過程中水的來龍去脈，但又不許加入別的東西來破壞化學(xué)反應(yīng)，這時就可以在普通水中加入一些超重水，超重水流到哪兒，哪兒就出現(xiàn)放射性。科學(xué)家很容易用探測器測量出它的藏身之處。

重水是原子能工業(yè)中的重要角色，它是原子反應(yīng)堆最好的減速劑和載熱劑，用了它之后，就可以大大降低原子燃料的成分。重水還是重要的國防原料，氫彈就是用它來制造的，重氫在極高溫度下會產(chǎn)生原子核的聚合反應(yīng)，發(fā)生強烈的爆炸，它的能量相當(dāng)于幾千萬噸烈性炸藥。一個普通的氫彈就能輕而易舉地炸毀一座城市。如果把它爆炸時放出能量全部轉(zhuǎn)換成電能，人類幾十年也用不完。

氫 - 制備與純化

制備：

工業(yè)制法：電解水2H2O=O2↑ 2H2↑

實驗室制法：鋅與稀鹽酸反映Zn 2HCl=ZnCl2 H2↑

工業(yè)法有電解法、烴裂解法、烴蒸氣轉(zhuǎn)化法、煉廠氣提取法。

水電解制氫是一種較為方便的方法。在充滿氫氧化鉀或氫氧化鈉的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，分解成氫氣和氧氣。其化學(xué)反應(yīng)式如下 ：

陰 極：2H2O 2e H2↑ 2OH

陽 極： 2OH—2e H2O 1/2O2↑

總反應(yīng)式：2H2O 2 H2↑ O2↑

根據(jù)庫侖定律，氣體產(chǎn)量與電流成正比，與其它因素?zé)o關(guān)

純化：

隨著半導(dǎo)體工業(yè)、精細(xì)化工和光電、半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝需要使用99.999%以上的高純氫。但是目前工業(yè)上各種制氫方法所得到的氫氣純度不高，為滿足工業(yè)上對各種高純氫的需求，必須對氫氣進(jìn)行進(jìn)一步的純化。氫氣的純化方法大致可分為兩類(物理法和化學(xué)法)，六種方法。

氫 - 用途

氫是重要工業(yè)原料，如生產(chǎn)合成氨和甲醇，也用來提煉石油，氫化有機物質(zhì)作為收縮氣體，用在氧氫焰熔接器和火箭燃料中。在高溫下用氫將金屬氧化物還原以制取金屬較之其他方法，產(chǎn)品的性質(zhì)更易控制，同時金屬的純度也高。廣泛用于鎢、鉬、鈷、鐵等金屬粉末和鍺、硅的生產(chǎn)。

由于氫氣很輕，人們利用它來制作氫氣球。氫氣與氧氣化合時，放出大量的熱，被利用來進(jìn)行切割金屬。

利用氫的同位素氘和氚的原子核聚變時產(chǎn)生的能量能生產(chǎn)殺傷和破壞性極強的氫彈，其威力比原子彈大得多。

現(xiàn)在，氫氣還作為一種可替代性的未來的清潔能源，用于汽車等的燃料。為此，美國于2002年還提出了“國家氫動力計劃”。但是由于技術(shù)還不成熟，還沒有進(jìn)行大批的工業(yè)化應(yīng)用。2003年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，使用氫燃料會使大氣層中的氫增加約4～8倍。認(rèn)為可能會讓同溫層的上端更冷、云層更多，還會加劇臭氧洞的擴大。但是一些因素也可抵銷這種影響，如使用氯氟甲烷的減少、土壤的吸收、以及燃料電池的新技術(shù)的開發(fā)等。

氫 - 歷史發(fā)現(xiàn)

早在十六世紀(jì)，瑞士的一名醫(yī)生就發(fā)現(xiàn)了氫氣。他說：“把鐵屑投到硫酸里，就會產(chǎn)生氣泡，像旋風(fēng)一樣騰空而起。”他還發(fā)現(xiàn)這種氣體可以燃燒。然而他是一位著名的醫(yī)生，病人很多，沒有時間去做進(jìn)一步的研究。

十七世紀(jì)時又有一位醫(yī)生發(fā)現(xiàn)了氫氣。那時人們的智慧被一種虛假的理論所蒙弊，認(rèn)為不管什么氣體都不能單獨存在，既不能收集，也不能進(jìn)行測量。這位醫(yī)生認(rèn)為氫氣與空氣沒有什么不同，很快就放棄了研究。最先把氫氣收集起來并進(jìn)行認(rèn)真研究的是英國的一位化學(xué)家卡文迪什。

卡文迪什非常喜歡化學(xué)實驗，有一次實驗中，他不小心把一個鐵片掉進(jìn)了鹽酸中，他正在為自己的粗心而懊惱時，卻發(fā)現(xiàn)鹽酸溶液中有氣泡產(chǎn)生，這個情景一下子吸引了他，剛才的氣惱心情全沒了。他在努力地思考：這種氣泡是從哪兒來的呢?它原本是鐵片中的呢，還是存在于鹽酸中呢?他又做了幾次實驗，把一定量的鋅和鐵投到充足的鹽酸和稀硫酸中(每次用的硫酸和鹽酸的質(zhì)量是不同的)，發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的氣體量是固定不變的。這說明這種新的氣體的產(chǎn)生與所用酸的種類沒有關(guān)系，與酸的濃度也沒有關(guān)系。

卡文迪什用排水法收集了新氣體，他發(fā)現(xiàn)這種氣體不能幫助蠟燭的燃燒，也不能幫助動物的呼吸，如果把它和空氣混合在一起，一遇火星就會爆炸。卡文迪什是一位十分認(rèn)真的化學(xué)家，他經(jīng)過多次實驗終于發(fā)現(xiàn)了這種新氣體與普遍空氣混合后發(fā)生爆炸的極限。他在論文中寫道：如果這種可燃性氣體的含量在9.5%以下或65%以上，點火時雖然會燃燒，但不會發(fā)出震耳的爆炸聲。

隨后不久他測出了這種氣體的比重，接著又發(fā)現(xiàn)這種氣體燃燒后的產(chǎn)物是水，無疑這種氣體就是氫氣了。卡文迪什的研究已經(jīng)比較細(xì)致，他只需對外界宣布他發(fā)現(xiàn)了一種氫元素并給它起一個名稱就行了，真理的大門就要向他敞開了，幸運之神就要向他微笑了。

但卡文迪什受了虛假的“燃素說”的欺騙，堅持認(rèn)為水是一種元素，不承認(rèn)自己無意中發(fā)現(xiàn)了一種新元素，真是非常可惜。后來拉瓦錫聽到了這件事，他重復(fù)了卡文迪什的實驗，認(rèn)為水不是一種元素而是氫和氧的化合物。在1787年，他正式提出“氫”是一種元素，因為氫燃燒后的產(chǎn)物是水，便用拉丁文把它命名為“水的生成者”。

氫 - 相關(guān)介紹

來源與用途

在宇宙中最豐富的元素，主要和氧結(jié)合，以水的形式存在與自然界，也存在于礦井、油和汽井之中。用于生產(chǎn)氨、乙醇、氯化氫、溴化氫、植物油和不飽和烴的氫化，火箭燃料，低溫學(xué)研究等。

原子結(jié)構(gòu)

原子半徑：0.79、共價半徑：0.32、電子構(gòu)型：1s1、離子半徑：0.012、氧化態(tài)：Ⅰ

發(fā)現(xiàn)

1766年，在英國倫敦，由H.Cavendish發(fā)現(xiàn)。

物理性質(zhì)

狀態(tài)：無味、無色、無臭、極易燃燒的氣體。熔點(℃)：-258.975、沸點：-252.732攝氏度、密度(g/L/273K,1atm)：0.0899、自燃點：500攝氏度。比熱14.304/J/gK、蒸發(fā)熱0.44936/KJ/mol、熔化熱0.05868/KJ/mol、閃點253/℃、導(dǎo)熱系數(shù)：0.001815

地質(zhì)數(shù)據(jù)

太陽：(相對于H=1×1012)

地殼：1520/p.p.m.溶在其中。

大氣：0.5/p.p.m.(體積)

生物數(shù)據(jù)

人體中含量肝：93000/p.p.m。

器官中肌肉：93000/p.p.m