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            簡介


            氫是一種化學元素,化學符號為H,原子序數是1,在元素周期表中位于第一位。它的原子是所有原子中最細小的。氫通常的單質形態是氫氣。它是無色無味無臭,極易燃燒的由雙原子分子組成的氣體,氫氣是最輕的氣體。它是宇宙中含量最高的物質. 氫原子存在于水, 所有有機化合物和活生物中.導熱能力特別強,跟化合成水。在0攝氏度和一個大氣壓下,每升氫氣只有0.09克重——僅相當于同體積空氣重量的14.5分之一。

            在常溫下,氫比較不活潑,但可用催化劑活化。在高溫下氫非?;顫?。除稀有氣體元素外,幾乎所有的元素都能與氫生成化合物。

            名稱, 符號, 序號:氫、H、1

            系列:非金屬

            族, 周期, 元素分區:1族, 1, s

            密度、硬度:0.0899 kg/m3(273K)、NA

            顏色和外表:無色

            聲音在其中的傳播速率:(m/S)
            1310


            Image:H,1.jpg

            大氣含量:10~4 %

            地殼含量:0.88 %

            原子屬性

            原子量:1.00794 原子量單位

            原子半徑:(計算值)25(53)pm

            共價半徑:37 pm

            范德華半徑:120 pm

            價電子排布:1s1

            電子在每能級的排布:1

            氧化價(氧化物):1(兩性的)

            晶體結構:六角形

            物理屬性



            物質狀態氣態

            核內質子數:1

            核外電子數:1

            核電核數:1

            質子質量:1.673E-27

            質子相對質量:1.007

            所屬周期:1

            所屬族數:IA

            摩爾質量:1

            氫化物:無

            氧化物:H2O

            最高價氧化物:H2O

            外圍電子排布:1s1

            核外電子排布:1

            顏色和狀態:無色氣體

            原子半徑:0.79

            常見化合價:+1,-1

            熔點:14.025 K (-259.125 °C)

            沸點:20.268 K (-252.882 °C)

            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)

            聲速:1270 m/s(293.15K)

            其他性質



            電負性:2.2(鮑林標度)

            比熱:14304 J/(kg·K)

            電導率:無數據

            熱導率:0.1815 W/(m·K)

            電離能:1312 kJ/mol

            最穩定的同位素

            同位素豐度半衰期衰變模式衰變能量

            MeV衰變產物

            1H 99.985 %穩定

            2H 0.015 %穩定

            3H 10-15 % /

            人造12.32年 β衰變 0.019 3He

            4H 人造9.93696×10-23秒 中子釋放 2.910 3H

            5H 人造8.01930×10-23秒 中子釋放 ? 4H

            6H 人造3.26500×10-22秒 三粒中子

            釋放 ? 3H

            7H 人造無數據 中子釋放? ? 6H?

            核磁公振特性

            1H 2H 3H

            核自旋 1/2 1 1/2

            靈敏度 1 0.00965 1.21



            16世紀末期,瑞士化學家巴拉采爾斯把放在酸中,鐵片頓時和硫酸發生激烈的化學反應,放出許多氣泡——氫氣。但直到1766年,氫才被英國科學家卡文迪許(Henry Cavendish)確定為化學元素,當時稱為可燃空氣,并證明它在空氣中燃燒生成水。(一說:1783年)1787年法國化學家拉瓦 (Antoine Lavoisier)證明氫是一種單質并給它命名。



            希臘語 hud&ocirc;r(水) gennen (造成),意即“產生水”的物質。

            中文原稱“氫氣”為“輕氣”,“氫”屬爾后新造之形聲字。

            日語循希臘語原義,稱為“水素”.



            在地球上和地球大氣中只存在極稀少的游離狀態氫。在地殼里,如果按重量計算,氫只占總重量的1%,而如果按原子百分數計算,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,按原子百分數來說,氫卻是最多的元素。據研究,在太陽的大氣中,按原子百分數計算,氫占81.75%。在宇宙空間中,氫原子的數目比其他所有元素原子的總和約大100倍。

            制備

            工業制法:電解水2H2O=O2↑+2H2↑
            實驗室制法:與稀鹽酸反映Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑

            工業法有電解法、烴裂解法、烴蒸氣轉化法、煉廠氣提取法。

            純化


            隨著半導體工業、精細化工和光電纖維工業的發展,產生了對高純氫的需求。例如,半導體生產工藝需要使用99.999%以上的高純氫。但是目前工業上各種制氫方法所得到的氫氣純度不高,為滿足工業上對各種高純氫的需求,必須對氫氣進行進一步的純化。氫氣的純化方法大致可分為兩類(物理法和化學法),六種方法。



            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



            氫是重要工業原料,如生產合成氨和甲醇,也用來提煉石油,氫化有機物質作為收縮氣體,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,產品的性質更易控制,同時金屬的純度也高。廣泛用于、鉬、、鐵等金屬粉末和、的生產。

            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,被利用來進行切割金屬。

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

            現在,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”。但是由于技術還不成熟,還沒有進行大批的工業化應用。2003年科學家發現,使用氫燃料會使大氣層中的氫增加約4~8倍。認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,如使用甲烷的減少、土壤的吸收、以及燃料電池的新技術的開發等。

            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”。氫是由英國化學家卡文迪許在1766年發現,稱之為可燃空氣,并證明它在空氣中燃燒生成水。1787年法國化學家拉瓦錫證明氫是一種單質并命名。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&sup3;/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、氫化等。

            氫是重要的工業原料,又是未來的能源,也是最清潔的燃料.

            最輕的氣體——氫氣


            氫是元素周期表中的第一號元素,它的原子是109個元素中最小的一個。由于它又輕又小,所以跑得最快,如果人們讓每種元素的原子進行一場別開生面的賽跑運動,那么冠軍非氫原子莫屬。

            氫氣是最輕的氣體,它的“體重”還不到空氣的十四分之一,它的這種特點,很早就引起了人們的興趣。在1780年時,法國一名化學家便把氫氣充入豬的膀胱中,制成了世界上第一個、也是最原始的氫氣球,它冉冉地飛向了高空?,F在,人們是在橡膠薄膜中充入氫氣,大量制造氫氣球。


            早在十六世紀,瑞士的一名醫生就發現了氫氣。他說:“把鐵屑投到硫酸里,就會產生氣泡,像旋風一樣騰空而起。”他還發現這種氣體可以燃燒。然而他是一位著名的醫生,病人很多,沒有時間去做進一步的研究。

            十七世紀時又有一位醫生發現了氫氣。那時人們的智慧被一種虛假的理論所蒙弊,認為不管什么氣體都不能單獨存在,既不能收集,也不能進行測量。這位醫生認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行認真研究的是英國的一位化學家卡文迪什。

            卡文迪什非常喜歡化學實驗,有一次實驗中,他不小心把一個鐵片掉進了鹽酸中,他正在為自己的粗心而懊惱時,卻發現鹽酸溶液中有氣泡產生,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量是不同的),發現所產生的氣體量是固定不變的。這說明這種新的氣體的產生與所用酸的種類沒有關系,與酸的濃度也沒有關系。

            卡文迪什用排水法收集了新氣體,他發現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??ㄎ牡鲜彩且晃皇终J真的化學家,他經過多次實驗終于發現了這種新氣體與普遍空氣混合后發生爆炸的極限。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,接著又發現這種氣體燃燒后的產物是水,無疑這種氣體就是氫氣了??ㄎ牡鲜驳难芯恳呀洷容^細致,他只需對外界宣布他發現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,堅持認為水是一種元素,不承認自己無意中發現了一種新元素,真是非??上?。

            后來拉瓦錫聽到了這件事,他重復了卡文迪什的實驗,認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,因為氫燃燒后的產物是水,便用拉丁文把它命名為“水的生成者”。


            你們見過不用汽油的汽車嗎?

            也許你們會問:汽車怎么會不用汽油呢?

            原來,科學家們發現汽油燃燒后會放出二氧化,這樣下去會對環境造成污染。就設想用另一種燃料來代替汽油,科學家們經過多次實驗,終于發現氫氣可以代替汽油。用氫氣作燃料有許多優點,首先是干凈衛生,氫氣燃燒后的產物是水,不會污染環境,其次是氫氣在燃燒時比汽油的發熱量高。

            在1965年,外國的科學家們就已設計出了能在馬路上行駛的氫能汽車。我國也在1980年成功地造出了第一輛氫能汽車,可乘坐12人,貯存氫材料90公斤。氫能汽車行車路遠,使用的壽命長,最大的優點是不污染環境。


            空氣中含有很多氣體,有氧氣、氣、二氧化碳、水蒸氣等,卻很少含有氫氣,這是什么原因呢?

            原來氫原子是各種原子中最輕最小的一個,由于它又輕又小,所以跑起來速度最快,它是原子中的“跑步冠軍”。一個在星球上運動的物體,如果它的運動速度達到一定值,那么它就可以擺脫這個星球的引力而跑到太空中去,這個速度叫做逃逸速度。地球上的逃逸速度大約是11公里/秒。氫原子速度很快,大于這個逃逸速度,因此氫氣都跑到了太空中,所以地球的大氣中,幾乎沒有氫氣。

            氣球的妙用

            十月一日國慶節,舉國歡慶。首都天安門前,五顏六色、大大小小的氣球高高地浮在空中,迎風飄揚,翩翩起舞,十分好看,人們都說這是“白天的焰火”。

            除了歡度節日,增加愉快的氣氛之外,氣球還有沒有其他的用處呢?

            科學家很早就給我們做出了回答。

            在人類漫長的歷史中,經受了無數次的洪水、干旱、地震等自然災害。古時候人們都十分迷信,認為這些都是因為自己做錯了什么事觸怒了上天,所以上天降下災禍。隨著科學的發展,人們逐漸認識到并沒有什么天神,這些都是自然現象,而且可以對它們進行預測。

            在東漢時我國人民就能預測地震,但對于洪水,卻一直無能為力。洪水一來就要淹沒村莊,毀壞農田,有時甚至會危害人類。怎么才能對付洪水呢?科學家研究發現,洪水是由長時間下暴雨造成的,暴雨又是從雨云中降下的。這樣,只要能觀測到云層的厚度和水分,就可以預報天氣,人們在聽到暴雨來臨的消息后就會做好預防措施。這樣就減輕了洪水帶來的危害。

            可是,云朵都飄浮在高空,人類又沒有翅膀,飛不到那樣的高度,怎么辦呢?

            在化學家發現了氫氣后,這個問題一下子解決了。人們造了好多個氫氣球,讓它們帶上觀測設備,這樣,人們不用上天,就可以知道天空中云層的變化,從而做出準確的天氣預報。

            最近一段時間,氣球又有了一種新用途,利用它攜帶干冰、等藥劑升上天空,在云朵中噴撒,可以進行人工降雨。

            比金子還要貴的水
            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堆中,在中子的轟擊下,使鋰轉變為氚,然后與氧化合生成超重水。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,如果你用重水養金魚,沒多久魚便死了,用重水浸過的種子不會發芽。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,科學家可以研究某些生物或化學過程的進展情況。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過程中水的來龍去脈,但又不許加入別的東西來破壞化學反應,這時就可以在普通水中加入一些超重水,超重水流到哪兒,哪兒就出現放射性??茖W家很容易用探測器測量出它的藏身之處。

            重水是原子能工業中的重要角色,它是原子反應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生原子核的聚合反應,發生強烈的爆炸,它的能量相當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換成電能,人類幾十年也用不完!

            飛人之死

            在十八世紀八十年代初,歐洲出現了熱氣球,人們用它已經把雞、鴨、羊等動物送上了天空??墒?,人們對它還是心存恐懼,沒有人愿意乘氣球離開地面。

            1783年,法國國王在科學界的一致要求下批準了用氣球送人上天的計劃,但要送的卻是兩個死刑犯。

            這個消息被一個勇敢的青年知道后,他想第一次上天是一項流芳百世的壯舉,怎么能把這個千載難逢的機遇讓給死刑犯呢?于是他找了一個跟他一樣不怕死的青年,向國王請求讓他們替下死刑犯,國王被他們的勇敢打動了,準許了他們的要求。

            在1783年11月21日,這兩個青年乘上熱氣球,成功地進行了第一次用氣球載人飛行,他倆頓時成了新聞人物,人們在街頭巷議中紛紛把他倆稱作“飛人”。

            第二年,他們又計劃乘氣球飛越英吉利海峽。這時人們已經制出了氫氣球,他們決定、把氫氣球和熱氣球組合在一起,同時乘坐兩只氣球飛向英國。

            這一天,他們把兩只氣球綁在一起,然后升上了天空。不久之后,悲劇發生了,氣球發生了爆炸,他們都在事故中遇難身亡。

            氣球為什么會爆炸呢?

            這是因為熱氣球下面有一個火盆,是用來給空氣加熱,但氫氣是一種易燃易爆的氣體,它一見火星就會發生爆炸,因為缺乏對氫氣的了解,導致了這場災難的發生。
            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”。氫是由英國化學家卡文迪許在1766年發現,稱之為可燃空氣,并證明它在空氣中燃燒生成水。1787年法國化學家拉瓦錫證明氫是一種單質并命名。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&sup3;/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。

            氫是重要的工業原料,又是未來的能源。
            元素符號:H
            英文名稱:Hydrogen
            相對原子質量:1.00797
            原子半徑/&Aring;: 0.79
            電子構型: 1s1
            原子體積/cm3/mol: 14.4
            離子半徑/&Aring;: 0.012
            共價半徑/&Aring;: 0.32
            氧化態: Ⅰ

            發現:
            1766年, 在英國倫敦, 由 H. Cavendish 發現。

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

            有兩個同位素:氘(D)和氚(T)。

            狀態:
            無味、無色、無臭、極易烯燒的氣體。

            熔 點(℃): -258.975 閃點/℃:253 導熱系數: 0.001815
            沸 點(℃): -252.732 密度(g/L/273K,1atm): 0.0899 自燃點/℃:500
            比 熱/J/gK : 14.304 蒸發熱/KJ/mol : 0.44936 熔化熱/KJ/mol: 0.05868

            為什么大氣中沒有氫氣?

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