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氢的特性
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氢在元素周期表中的位置
总体特性
名称, 符号, 序号 氢、H、1
系列 非金属
, 周期, 元素分区 1族, 1, s
密度硬度 0.0899 kg/m3(273K)、NA
颜色和外表 无色
File:H,1.jpg
大气含量 10-4 %
地壳含量 0.88 %
原子属性
原子量 1.00794 原子量单位
原子半径 (计算值) 25(53)pm
共价半径 37 pm
范德华半径 120 pm
价电子排布 1s1
电子在每能级的排布 1
氧化价(氧化物1(两性的)
晶体结构 六角形
物理属性
物质状态 气态
熔点 14.025 K (-259.125 °C
沸点 20.268 K (-252.882 °C)
摩尔体积 11.42×10-6m3/mol
汽化热 0.44936 kJ/mol
熔化热 0.05868 kJ/mol
蒸气压 209 (23K)
声速 1270 m/s(293.15K)(27°C)1310 m/s
其他性质
电负性 2.2(鲍林标度
比热 14304 J/(kg·K)
电导率 无数据
热导率 0.1815 W/(m·K)
电离能1312 kJ/mol
最稳定的同位素
同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量
MeV
衰变产物
1H99.985 % 稳定
2H0.015 % 稳定
3H10-15 % /
人造
12.32年β衰变0.0193He[來源請求]
4H人造 9.93696×10-23中子释放2.9103H
5H人造 8.01930×10-23中子释放?4H
6H人造 3.26500×10-22三粒中子
释放
?3H
7H人造 无数据中子释放??6H?
核磁共振特性
1H2H3H
核自旋1/211/2
灵敏度10.009651.21
在没有特别注明的情况下使用的是
国际标准基准单位单位和标准气温和气压

是一種化學元素化学符号H原子序数是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。氢通常的单质形态是氢气。它是无色无味无臭,极易燃烧和极易爆炸的双原子的气体,氢气是最轻的气体。它是宇宙中含量最高的物質。氫原子存在於分子及所有有機化合物和活生物中。导热能力特別强,跟化合成水。在0摄氏度和一个大气压下,每升氢气只有0.09克重——仅相当于同体积空气重量的14.5分之一。

在常温下,氢比较不活泼,但可用催化剂活化。在高温下氢非常活泼。除稀有气体元素外,几乎所有的元素都能与氢生成化合物

发现编辑

16世纪末期,瑞士化学家巴拉采尔斯放在硫酸中,铁片顿时和硫酸发生激烈的化学反应,放出许多气泡——氢气。但直到1766年,氢才被英国科学家亨利·卡文迪什(Henry Cavendish)确定为化学元素,当时称为可燃空气,并证明它在空气中與氧氣燃烧生成水。(一说:1783年)1787年法国化学家拉瓦锡 (Antoine Lavoisier)证明氢是一种单质并給它命名。

名称由来编辑

  • 希臘语 hydro(水)+genes(造成),意即「产生水」的物质。
  • 中文原称「氢气」为「轻气」,「氢」属以後新造的形声字。
  • 日語朝鲜语循希臘語原義,稱為「水素」。

分布编辑

地球上和地球大气中只存在极稀少的游离状态氢。在地壳里,如果按重量计算,氢只占总重量的1%,而如果按原子百分数计算,则占17%。氢在自然界中分布很广,水便是氢的“仓库”——以重量百分比計算,水中含11%的氢;泥土中约有1.5%的氢;石油天然气、动植物体也含氢。在空气中,氢气倒不多,约占总体积的兩百万分之一。在整个宇宙中,按原子百分数来说,氢却是最多的元素。据研究,在太阳的大气中,按原子百分数计算,氢占93%。在宇宙空间中,氢原子的数目比其他所有元素原子的总和约大100倍。

制备编辑

工业法有电解法、烃裂解法、烃蒸气转化法、炼厂气提取法。

蒸氣重組法编辑

蒸氣重組法是工業上最廣為應用的。它使用了低碳素的碳氫化合物。

過程為:

CnHm + n H2O → n CO + (m/2 + n) H2
CO + H2O → CO2 + H2(水煤氣變換反應)

這是放熱過程。

其中蒸氣甲烷重組(SMR)是最常用也最便宜的生產方法。它使用天然氣為原料。在700–1100°C,以金屬為催化劑,水蒸氣與甲烷反應產生一氧化碳和氫氣:CH4+H2O→ CO + 3 H2

电解编辑

加入少量酸到純令水導,再進行電解,可得氫和

利用稀酸與金屬反應编辑

例如:

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

纯化编辑

随着半导体工业、精细化工和光电纤维工业的发展,产生了对高纯氢的需求。例如,半导体生产工艺需要使用99.999%以上的高纯氢。但是目前工业上各种制氢方法所得到的氢气纯度不高,为满足工业上对各种高纯氢的需求,必须对氢气进行进一步的纯化。氢气的纯化方法大致可分为两类(物理法和化学法),六种方法。

氢气的纯化方法:

方法 基本原理 适用原料气 制得的氢气纯度(%) 适用规格
高压催化法 氢与发生催化反应而除去氧 含氧的氢气,主要为电解法制得的氢气 99.999
金属氢化物分离法 先使氢与金属形成金属氢化物后,加热或减压使其分解 氢含量较低的气体 >99.9999 中小
高压吸附法 吸附剂选择吸附杂质 任何含氢气体 99.999
低温分离法 低温下使气体冷凝 任何含氢气体 90~98
钯合金薄膜扩散法 钯合金薄膜对氢有选择渗透性,而其他气体不能透过 氢含量较低的气体 >99.9999 中小
聚合物薄膜扩散法 气体通过薄膜的扩散速率不同 炼油厂废气 92~98

同位素编辑

主条目:氫的同位素

在众多元素中,只有氢的同位素拥有不同名称。

在自然界中存在的同位素有: (piē,ㄆㄧㄝ)(1H)、(dāo,ㄉㄠ)(2H,D,重氫)、(chuān,ㄔㄨㄢ)(3H,T,超重氫)

以人工方法合成的同位素有: 4H5H6H7H

用途编辑

氢是重要工业原料,如生产合成甲醇,也用来提炼石油,氢化有机物质作为收缩气体,用在氢氧焰熔接器和火箭燃料中。在高温下用氢将金属氧化物还原以制取金属较之其他方法,产品的性质更易控制,同时金属的纯度也高。广泛用于等金属粉末和的生产。

由于氢气很轻,人们利用它来制作氢气球。氢气与氧气化合时,放出大量的热,被利用来进行切割金属

利用氢的同位素氘和氚的原子核聚变时产生的能量能生产杀伤和破坏性极强的氢弹,其威力比原子弹大得多。

现在,氢气还作为一种可替代性的未来的清洁能源,用于汽车等的燃料。为此,美国2002年还提出了“国家氢动力计划”。但是由于技术还不成熟,还没有进行大批的工业化应用。2003年科学家发现,使用氢燃料会使大气层中的氢增加约4~8倍。认为可能会让同温层的上端更冷、云层更多,还会加剧臭氧洞的扩大。但是一些因素也可抵销这种影响,如使用氯氟甲烷的减少、土壤的吸收、以及燃料电池的新技术的开发等。

参见编辑

外部链接编辑

註解编辑




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