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氢是宇宙中最轻的化学元素，能够与其他氢原子结合，形成具有多种用途的气体

Florencia Viadana 在 Unsplash 上的图片

氢是迄今为止已知的所有元素中原子质量最小 (1 u) 和原子序数最小 (Z=1) 的化学元素。尽管位于元素周期表 IA 族（碱金属）的第一周期，但氢不具有与该族元素相似的物理和化学特性，因此不属于其中。总的来说，氢是整个宇宙中最丰富的元素，也是地球上第四大元素。

氢具有独特的特性，即它与人类已知的任何其他化学元素都不相似。氢通常参与几种有机和无机物质的组成，如甲烷和水，当它不是化学物质的一部分时，它只以气态形式存在，分子式为H2。

在自然状态和正常条件下，氢气是一种无色、无臭、无味的气体。它是一种具有巨大能量储存能力的分子，因此，它作为电能和热能的可再生来源得到了广泛的研究。

氢的发现

16世纪中叶，Pareselsvs决定将一些金属与酸反应，最终得到氢气。尽管之前经过测试，亨利·卡文迪什 (Henry Cavendish) 设法从可燃气体中分离出氢气，并于 1766 年将其视为一种化学元素。

不是金属，更不用说非金属在元素周期表中构成其特性。 1773 年，安托万·拉瓦锡 (Antoine Lavoisier) 将这种化学物质命名为氢，源自希腊语水电和基因, 表示水发生器。

自然界中的氢

氢是几种有机物质（蛋白质、碳水化合物、维生素和脂质）和无机物质（酸、碱、盐和氢化物）的化学成分的一部分；
在大气中，它以气态形式存在，以分子形式H2表示，它通过两个氢原子之间的共价键形成；
氢还构成水分子，水分子是生命的重要资源。

氢源

在地球上，氢不是以其最纯净的形式存在，而是以其组合形式（碳氢化合物和衍生物）存在。因此，必须从各种来源提取氢气。氢的主要来源是：

天然气;
乙醇；
甲醇；
水;
生物质；
甲烷；
藻类和细菌；
汽油和柴油。

原子氢特性

它具有三种同位素（原子序数相同而质量数不同的原子），分别是氚（1H1）、氘（1H2）和氚（1H3）；
仅具有一个电子水平仪；
它的核心只有一个质子；
它的电子级只有一个电子；
中子的数量取决于同位素 - 氚（0 个中子）、氚（1 个中子）和氚（2 个中子）；
它具有周期表上最小的原子半径之一；
它比任何金属元素都具有更大的电负性；
它比任何金属元素都具有更大的电离电位；
它是一种能够转化为阳离子 (H+) 或阴离子 (H-) 的原子。

当氢原子在价壳层（原子的最外层壳层）中接受一个电子时，就实现了稳定。在离子键中，氢只与金属相互作用，从中获得一个电子。在共价键中，氢与非金属或自身共享电子，形成单键。

分子氢（H2）的特性

在室温下，它总是处于气态；
它是一种易燃气体；
熔点-259.2℃；
沸点为-252.9℃；
它的摩尔质量等于 2 g/mol，是最轻的气体；
它在所涉及的两个氢原子之间有一个 s-s 型 s-s 型共价键；
原子之间，共享两个电子；
它具有线性型分子几何结构；
它的分子是非极性的；
它的分子通过诱导偶极力相互作用。

分子氢与几种化合物具有很强的化学亲和力。这种性质涉及一种物质与另一种物质反应的能力，因为即使两种或多种物质接触，但它们之间没有亲和力，也不会发生反应。这样，它就参与了加氢、燃烧和简单交换等反应。

获得分子氢（H2）的方法

物理方法

分子氢可以从大气中获得，因为它是这种混合物中存在的气体之一。为此，有必要将大气送至分馏法，然后分馏。

化学法

分子氢可以通过特定的化学反应获得，例如：

简单交换：非贵金属 (Me) 置换无机酸 (HX) 中的氢，形成任何盐 (MeX) 和分子氢 (H2) 的反应：

Me + HX → MeX + H2

炼焦煤的水合（煤副产品）：在该反应中，煤的碳 (C) 与水中的氧 (H2O) 相互作用，形成一氧化碳和氢气：

C + H2O → CO + H2

水电解：当水进行电解过程时，会发生氧气和氢气的形成：

H2O(1) → H2(g) + O2(g)

氢气公用事业

火箭或汽车燃料；
电弧闪光割炬（使用电能）切割金属；
焊缝；
有机合成，更准确地说是烃加氢反应；
将脂肪转化为植物油的有机反应；
卤化氢或氢化酸的生产；
生产金属氢化物，如氢化钠 (NaH)。

氢弹

氢弹、氢弹或热核弹是具有最大破坏潜力的原子弹。它的运作源于核聚变过程，这就是为什么它也可以称为聚变炸弹。

氢弹爆炸是聚变过程的结果，该过程发生在大约 1000 万摄氏度的高温下。这种炸弹的生产过程始于氢同位素的结合，称为氚、氘和氚。氢同位素的结合使原子核产生更多的能量，因为形成了氦核，其原子质量是氢的4倍。

因此，轻的核心变得沉重。因此，核聚变过程比裂变过程剧烈数千倍。一枚氢弹的威力可达1000万吨炸药，释放的放射性物质和电磁辐射水平远超原子弹。

1952 年首次试爆氢弹，释放的能量相当于约 1000 万吨 TNT。值得注意的是，这类反应是太阳等恒星的能源，由73%的氢、26%的氦和1%的其他元素组成。这是因为核聚变反应发生在原子核中，其中氢原子融合形成氦原子。

关于氢的有趣事实

分子氢比空气轻，被德国伯爵费迪南德·冯·齐柏林 (Ferdinand von Zeppelin) 用在刚性飞艇上，飞艇因此而得名；
一些细菌和藻类可以合成分子氢；
氢可用于生产清洁能源燃料；
甲烷气体 (CH4) 是越来越重要的氢气来源。

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