氢:简单又神秘的元素

提起氢这种元素,大家或多或少都听说过。今天,我就要介绍一下这种简单又神秘的元素。

氢(H),常温下是气体,低于-259℃时会液化成无色无味的液氢。由于氢元素的相对原子质量非常小,仅仅是1.00794,所以氢气的密度也是非常小,是世界上密度最小的气体,大约是空气密度的1/14。根据这种物理性质,氢气可用作填充气球,但由于氢气易燃易爆,所以一般市场上常见的可漂浮气球都是用氦气填充。

氢气易燃,可以和氧气反应生成水。也可以和卤族元素反应生成相应的酸。在金属氢化物中,氢都显负价;而在与非金属元素化合时,氢显正价,所以氢既有氧化性也有还原性。

16世纪末期,瑞士化学家帕拉塞尔苏斯就曾描述过铁屑与酸接触时有一种气体产生。他说:“把铁屑投到硫酸里,就会产生气泡,像旋风一样腾空而起。”他还发现,这种气体可以燃烧,但是他并没有具体的研究这种气体。

最先把氢气收集起来并进行认真研究的是英国的一位化学家卡文迪许。

卡文迪许有一次实验过程中,他不小心把一个铁片弄掉进了盐酸中,当他正在为自己的粗心而懊恼不已时,却发现盐酸溶液中有很多气泡产生,这种现象一下子吸引了他,他努力地思考着:这种气泡是从哪儿来的呢?它原本是铁片中的呢,还是存在于盐酸中呢?于是,他又做了几次实验,把一定量的锌和铁投到充足的盐酸和稀硫酸中(每次用的硫酸和盐酸的质量是不同的),结果发现所产生的气体量是固定不变的。这说明这种新的气体的产生与所用酸的种类没有关系,与酸的浓度也没有关系。

之后,卡文迪许又研究了氢的其他性质,但由于受到当时燃素学说的影响,卡文迪许也没有直接说明氢是一种元素。到了后来,法国化学家拉瓦锡多次重复卡文迪许的实验,并提出了水不是一种元素,而是由氧元素和卡文迪许发现的这种物质化合而来,从而纠正了两千多年认为水是一种元素的观念,并且正式提出氢这种元素。

现在制取氢气,在实验室的话,一般采用金属与酸反应或者直接电解水。而在工业上,由于要求成本低、产量高,一般用水煤气去制取。

氢在工业上,可以用来合成氨或盐酸等,也可以利用还原性来还原一些特殊金属。

氢有几种同位素,氕氘氚。氘与氧化合,可以形成重水,一般用于核反应堆,使反应堆里的中子速度变慢。氚有放射性,可以用来进行元素标记与追踪,也可以用作热核武器的原材料。

这就是简单而又神秘的元素 氢



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