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氢H元素介绍

作者:小编 日期:2021-01-19 13:29:38 点击数:

化学元素氢被归为非金属。在很高的压力下,氢可以变成金属。于1766年由亨利·卡文迪什( Henry Cavendish)发现。

氢的发现

学校里最受欢迎的化学实验是把镁等金属加入酸中。金属与酸反应,形成盐,并从酸中释放氢。氢气从液体中冒出来,学生们收集少量氢气用于进一步的实验。

人类活动制造氢的第一次记录是在16世纪上半叶,使用的方法与现在学校使用的方法相似。医生Theophrastus Paracelsus将铁溶解在硫酸中,观察了一种气体的释放。据说他曾这样描述这个实验:“空气像一阵风一样升起和爆发。”然而,他并没有发现氢的任何特性。

1650年,Turquet De Mayerne重复了Paracelsus的实验,发现这种气体是Paracelsus认为世界上只有三种元素——盐、硫和汞——其他所有物质都是由这三种元素的不同组合而成。木星和土星内部,液态金属氢。NASA/JPL-Caltech.。

1670年,英国科学家罗伯特·波义耳(Robert Boyle)将铁加入硫酸中。他指出,只有在有空气存在的情况下才燃烧产生的氢气,而且有一部分空气(氧气)在燃烧过程中被消耗掉了。

1766年,英国科学家亨利·卡文迪什第一次认识到氢是一种独特的元素,当时他通过盐酸和锌反应制备氢。他将氢描述为“金属产生的易燃空气”,并确定(根据其反应和密度)无论他使用哪种金属和哪种酸来反应,产生的都是同一种物质。

法国科学家安托万·拉瓦锡(Antoine Lavoisier)后来将这种元素命名为氢(1783年)。氢(Hydrogen)的名字来源于希腊语“hydro”,意思是水,“genes”意思是形成——氢是形成水的两种元素之一。

1806年,随着氢作为一种元素的地位得到确立,英国化学家汉弗莱·戴维(Humphry Davy)在纯净水中注入了一股强电流。

他发现了氢和氧的形成。这个实验证明电可以把物质分离成其组成元素。戴维意识到,物质是通过一种电现象结合在一起的:即化学键的真正本质。

外观和特性

有害效应

氢是高度易燃的,具有几乎看不见的火焰,可导致意外烧伤。

特征

氢是最简单的元素,也是最轻的元素。它也是宇宙中最常见的元素。宇宙中超过90%的原子是氢。

氢原子最常见的形式是由一个质子和一个电子组成,没有中子。氢是唯一没有中子也能存在的元素。
氢是一种无色、无味的气体,在标准温度和压力下以双原子分子H2的形式存在。

氢在空气中燃烧,与氧化剂发生剧烈反应。

在地球上,氢的主要载体是水(H2O)。地球上几乎没有自由氢,因为氢很轻,不受地球引力的控制。任何形成的氢最终都会从大气中逃逸到太空中。

虽然氢通常是非金属,但当施加巨大的压力时,氢会变成液态金属。

这样的压力存在于像木星和土星这样的气体巨行星中。木星的高磁场(是地球的14倍)被认为是由于在木星旋转过程中,金属氢的导电产生了发电机效应。

氢的使用

大量氢气用于Haber工艺(制氨)、油脂加氢、甲醇生产、加氢裂化和加氢脱硫。氢也用于金属精炼。

液氢被用作火箭燃料,例如为航天飞机的发射和进入轨道提供动力。液氢和氧气被保存在航天飞机的大型外部燃料箱中。

氢的两种较重的同位素(氘和氚)用于核聚变。

氢经济品已经被提议作为我们目前碳氢化合物(石油、天然气和煤)经济的替代品。

氢经济的基础是,当氢与氧燃烧时,产生的唯一副产品是水。

然而,目前用于氢动力汽车的氢是由碳氢化合物生产的。例如,只有当太阳能或风能能够商业化地将水分解为氢和氧时,真正的氢经济才有可能出现。

氢(H)的丰度

地壳的丰度:按质量1400ppm(0.14%),按摩尔:2.9%

丰度太阳系:按质量75%,按摩尔:93%

氢的来源

商业上用过热蒸汽与甲烷或碳反应制备氢。在实验室中,通过酸作用于金属如锌或镁,或电解水(如左图所示),可以产生氢。

氢的同位素

氢有三种同位素,1H (氕)、2H(氘)和3H(氚)。它的两个较重的同位素(氘和氚)用于核聚变。氚是最丰富的同位素,氚的丰度最低。氚是不稳定的,半衰期约为12年4个月。自然生成的氢是两种同位素1H和2H的混合物,其自然丰度分别为99.99%和0.01%。


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