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氫,是原子序數為1的化學元素,其化學符號為H,在元素周期表中位於第一位。氫的原子質量為1.00794u,是最輕的,也是宇宙中含量最多的元素,大約佔據宇宙質量的75%。

1 氫 -資料

氫
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:s區
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)

2 氫 -名稱由來

希臘語hydro(水)+genes(造成),意即「產生水」的物質。
中文原稱「氫氣」為「輕氣」,「氫」屬以後新造的形聲字。
日語及朝鮮語循希臘語原義,稱為「水素」。

3 氫 -各種數據表

化學數據表
 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
1(-1)
晶體結構六角形














 
 
 
 
 
 
物理數據表
 核內質子數 1
 核外電子數 1
 核電荷數 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,有時單獨為氫族
摩爾質量1
聲速1270 m/s(293.15K)
氫化物
氧化物H2O
最高價氧化物H2O
物質狀態常溫下為水
















 
 
 
 
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)
電負性2.1
1的電離能為
1333.5668KJ/mol
比熱14304 J/(kg·K) 
熱導率0.1815 W/(m·K)

4 氫 -分佈情況

在地球上和地球大氣中只存在極稀少的遊離狀態氫。在地殼裡,如果按重量計算,氫只佔總重量的1%,而如果按原子百分數計算,則佔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,約佔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,氫佔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。 地殼岩石中分佈量1520ppm。

5 氫 -性質特點

氫是元素周期表中的第一號元素,元素名來源於希臘文,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,並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並命名。氫在地殼中的丰度很高,按原子組成佔15.4%,但重量僅佔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於水和有機物中。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),稍溶於有機溶劑。

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。

6 氫 -同位素

氫氫的同位素
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,這裡是特指的。氫:可以泛指氫這種元素即原子核中只有一個質子的元素,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「能幹」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製造。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,然後與氧化合生成超重水。製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製造幾十公斤超重水,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麼兩樣。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製造著他們。這是什麼緣故呢?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天以後,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。科學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,用了它之後,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,氫彈就是用它來製造的,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,它的能量相當於幾千萬噸烈性炸藥。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。

7 氫 -製備與純化

氫
製備:
工業製法:電解水2H2O=O2↑ 2H2↑
實驗室製法:鋅與稀鹽酸反映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。
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,水分子在電極上發生電化學反應,分解成氫氣和氧氣。其化學反應式如下 :
陰 極:2H2O 2e          H2↑ 2OH
陽 極: 2OH—2e        H2O 1/2O2↑
總反應式:2H2O        2 H2↑ O2↑
根據庫侖定律,氣體產量與電流成正比,與其它因素無關


純化:
隨著半導體工業、精細化工和光電、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。

8 氫 -用途

氫
氫是重要工業原料,如生產合成氨和甲醇,也用來提鍊石油,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製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。廣泛用於鎢、鉬、鈷、鐵等金屬粉末和鍺、硅的生產。

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,美國於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。

9 氫 -歷史發現

氫氫氣球
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髮現了氫氣。那時人們的智慧被一種虛假的理論所蒙弊,認為不管什麼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麼不同,很快就放棄了研究。最先把氫氣收集起來並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,還是存在於鹽酸中呢?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係,與酸的濃度也沒有關係。
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。卡文迪什是一位十分認真的化學家,他經過多次實驗終於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。

隨後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。卡文迪什的研究已經比較細緻,他只需對外界宣布他發現了一種氫元素並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,真是非常可惜。後來拉瓦錫聽到了這件事,他重複了卡文迪什的實驗,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」。

10 氫 -相關介紹

來源與用途
氫氫——工業
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,也存在於礦井、油和汽井之中。用於生產氨、乙醇、氯化氫、溴化氫、植物油和不飽和烴的氫化,火箭燃料,低溫學研究等。

原子結構
原子半徑:0.79、共價半徑:0.32、電子構型:1s1、離子半徑:0.012、氧化態:Ⅰ
發現
1766年,在英國倫敦,由H.Cavendish發現。
 
物理性質
狀態: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、蒸發熱0.44936/KJ/mol、熔化熱0.05868/KJ/mol、閃點253/℃、導熱係數:0.001815

地質數據

太陽:(相對於H=1×1012)
地殼:1520/p.p.m.溶在其中。
大氣:0.5/p.p.m.(體積)

生物數據
人體中含量肝:93000/p.p.m。
器官中肌肉:93000/p.p.m
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