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是一种化学元素,其化学符号为H,原子序为1。氢的原子量为1.00794 u,是元素周期表中最轻的元素。单原子氢(H)是宇宙中最常见的化学物质,占重子总质量的75%。等离子态的氢是主序星的主要成分。氢的最常见同位素是“氕”,含1个质子,不含中子;天然氢还含极少量的同位素“氘”,含1个质子和1个中子。

氢原子最早在宇宙复合阶段出现并遍布全宇宙。在标准温度和压力之下,氢形成双原子分子(俗称氢气,分子式为H2),呈无色、无臭、无味非金属气体,不具毒性,高度易燃。氢很容易和大部分非金属元素形成共价键,所以地球上大部分的氢都以分子的形态存在,比如有机化合物等。氢在酸碱反应中尤其重要,因为在这类反应中各种分子须互相交换质子。在离子化合物中,氢原子可以获得一个电子成为氢阴离子,或失去一个电子成为氢阳离子。虽然在一般写法中,氢阳离子就是质子,但在实际化合物中,氢阳离子的实际结构是更为复杂的。氢原子是唯一一个有薛定谔方程解析解的原子,所以对氢原子模型的研究在量子力学的发展过程中起到了关键的作用[1]

历史

16世纪,人们通过混合金属和强酸,首次制备出氢气。1766至1781年,亨利·卡文迪什第一次发现氢气是一种独立的物质,燃烧后会产生水。安东万-罗伦·德·拉瓦锡根据这一性质,将其命名为“Hydrogen”,在希腊文中意为“生成水的物质”,日文也翻译为“水素”,即“生成水的元素”。19世纪50年代,英国医生合信编写《博物新编》(1855年)时,把元素名翻译为“轻气”,意旨“最轻的气体”,成为今天中文“氢”字的来源。

应用

氢气的工业生产主要使用天然气的蒸汽重整过程,或通过能源消耗更高的水电解反应。大部分的氢气都在生产地点直接使用,主要应用包括化石燃料处理(如裂化反应)和氨生产(一般用于化肥工业)。在冶金学上,氢气会对许多金属造成氢脆现象,使运输管和储存罐的设计更加复杂。

安全

氢在不同情况下都会对人体造成危险[2]。与空气混合时,氢气会轻易燃烧和爆炸,而纯氢气则会使人窒息。泄漏到空气中的氢气无色无味,且可以自燃,产生高温但无色的火焰,因此有意外灼伤的可能性。液氢的温度极低,所以和其他低温液体一样有一定的危险性,比如会引致冻伤。氢气可以溶解在多种金属之中,除了可能的泄漏以外,氢气还会造成金属的氢脆现象,引致材料爆裂。

视频

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参考文献