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氫的特性
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氢在元素周期表中的位置
總體特性
名稱, 符號, 序號 氫、H、1
系列 非金屬
, 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
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
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 (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 中子釋放 2.910 3H
5H 人造 8.01930×10-23 中子釋放 ? 4H
6H 人造 3.26500×10-22 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
在沒有特別注明的情況下使用的是
國際標準基準單位單位和標準氣溫和氣壓

是一種化學元素化學符號H原子序數是1,在元素周期表中位於第一位。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,極易燃燒的雙原子的氣體,氫氣是最輕的氣體。它是宇宙中含量最高的物質。氫原子存在於, 所有有機化合物和活生物中。導熱能力特彆強,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——僅相當於同體積空氣重量的14.5分之一。

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

目錄

[隱藏]

發現

16世紀末期,瑞士化學家巴拉採爾斯放在硫酸中,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,並證明它在空氣中燃燒生成水。(一說:1783年)1787年法國化學家拉瓦錫 (Antoine Lavoisier)證明氫是一種單質並給它命名。

名稱由來

  • 希臘語 hudôr(水) gennen (造成),意即「產生水」的物質。
  • 中文原稱「氫氣」為「輕氣」,「氫」屬爾後新造之形聲字。
  • 日語循希臘語原義,稱為「水素」,

分佈

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%。氫在自然界中分佈很廣,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。

製備

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。

氫氣的純化方法:

方法 基本原理 適用原料氣

制得的氫氣純度(%)

適用規格
高壓催化法 氫與發生催化反應而除去氧 含氧的氫氣,主要為電解法制得的氫氣 99.999
金屬氫化物分離法 先使氫與金屬形成金屬氫化物後,加熱或減壓使其分解 氫含量較低的氣體 >99.9999 中小
高壓吸附法 吸附劑選擇吸附雜質 任何含氫氣體 99.999
低溫分離法 低溫下使氣體冷凝 任何含氫氣體 90~98
鈀合金薄膜擴散法 鈀合金薄膜對氫有選擇滲透性,而其他氣體不能透過 氫含量較低的氣體 >99.9999 中小
聚合物薄膜擴散法 氣體通過薄膜的擴散速率不同 煉油廠廢氣 92~98

同位素

在眾多元素中,只有氫的同素擁有不同名稱。

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

以人工方法合成的同位素有: 4H、5H、6H、7H。

用途

氫是重要工業原料,如生產合成甲醇,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。廣泛用於等金屬粉末和的生產。

由於氫氣很輕,人們利用它來製作氫氣球。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,用於汽車等的燃料。為此,美國2002年還提出了「國家氫動力計劃」。但是由於技術還不成熟,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、雲層更多,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的開發等。



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