氫:簡單又神祕的元素

提起氫這種元素,大家或多或少都聽說過。今天,我就要介紹一下這種簡單又神秘的元素。

氫(H),常溫下是氣體,低於-259℃時會液化成無色無味的液氫。由於氫元素的相對原子質量非常小,僅僅是1.00794,所以氫氣的密度也是非常小,是世界上密度最小的氣體,大約是空氣密度的1/14。根據這種物理性質,氫氣可用作填充氣球,但由於氫氣易燃易爆,所以一般市場上常見的可漂浮氣球都是用氦氣填充。

氫氣易燃,可以和氧氣反應生成水。也可以和鹵族元素反應生成相應的酸。在金屬氫化物中,氫都顯負價;而在與非金屬元素化合時,氫顯正價,所以氫既有氧化性也有還原性。

16世紀末期,瑞士化學家帕拉塞爾蘇斯就曾描述過鐵屑與酸接觸時有一種氣體產生。他說:“把鐵屑投到硫酸裡,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,但是他並沒有具體的研究這種氣體。

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許。

卡文迪許有一次實驗過程中,他不小心把一個鐵片弄掉進了鹽酸中,當他正在為自己的粗心而懊惱不已時,卻發現鹽酸溶液中有很多氣泡產生,這種現象一下子吸引了他,他努力地思考著: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?於是,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),結果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。

之後,卡文迪許又研究了氫的其他性質,但由於受到當時燃素學說的影響,卡文迪許也沒有直接說明氫是一種元素。到了後來,法國化學家拉瓦錫多次重複卡文迪許的實驗,並提出了水不是一種元素,而是由氧元素和卡文迪許發現的這種物質化合而來,從而糾正了兩千多年認為水是一種元素的觀念,並且正式提出氫這種元素。

現在製取氫氣,在實驗室的話,一般採用金屬與酸反應或者直接電解水。而在工業上,由於要求成本低、產量高,一般用水煤氣去製取。

氫在工業上,可以用來合成氨或鹽酸等,也可以利用還原性來還原一些特殊金屬。

氫有幾種同位素,氕氘氚。氘與氧化合,可以形成重水,一般用於核反應堆,使反應堆裡的中子速度變慢。氚有放射性,可以用來進行元素標記與追蹤,也可以用作熱核武器的原材料。

這就是簡單而又神秘的元素 氫



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