氫在所有元素中是量輕的。在元素周期表中位于第一位。氧原子核外只有一個(gè)電子。氫有三種同位素，氫主要以化 合狀態(tài)存在于水、石油、煤、天然氣以及各種生物的組織中。它在地殼內(nèi)的含量以原子百分比表示約為17.o%．水含有11% 重量的氫，泥土中含有約15%，100千米的高空主要成份也是氫氣，但在大氣層中的含量卻很低．鄰近地面的空氣只有極少 量的氫。光譜分析的結(jié)果表明，大陽(yáng)和星球的大氣中含有大量的氫，以原子百分比表示大約81.75%，從整個(gè)宇宙來(lái)看，氫 是含量最多的一種元素。 (一)氫氣的物理性質(zhì) 在通常狀況下，氫氣是一種無(wú)色，無(wú)味和無(wú)嗅的氣體。它比空氣輕．據(jù)測(cè)定，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下(溫度為0℃，壓強(qiáng)為101， 325千帕)，1升氫氣的質(zhì)量是0.089克。氫氣跟同體積的空氣相比，質(zhì)量約是空氣的1／14，比空氣輕重4．38倍。在101. 325千帕下，氫氣在一252．8℃(20.2K)時(shí)，能變成無(wú)色的液體，在一259．2℃(13．8K)時(shí)，能變?yōu)檠畹墓腆w。它難溶于 水，也難液化。這樣輕的氣體，自然具有最大的擴(kuò)散速度和很高的導(dǎo)熱性，它的導(dǎo)熱率比空氣大7倍。氫在水中的溶解度 很小，而在鎳、鈀和鉬中的溶解度都很大，一體積的鈀能溶解幾百體積的氫。氫的滲透性很強(qiáng)，常溫下可透過(guò)橡皮和乳膠 管，在高溫下可透過(guò)鈀、鎳、鋼等金屬薄膜。由于氫氣具有很強(qiáng)的滲透性，所以當(dāng)鋼暴露于一定溫度和壓力的氫氣中時(shí)， 滲透于鋼的晶格中的原子氫在緩慢的變形中引起脆化作用。它在鋼的微觀孔隙中與碳反應(yīng)生成甲烷。隨著甲烷生成量的增 加，使孔隙擴(kuò)張成裂紋，加速了碳在微觀組織中的遷移，降低了鋼的機(jī)械性能，甚至引起材質(zhì)的損壞。 (二)氫氣的化學(xué)性質(zhì) 氫氣在常溫下性質(zhì)穩(wěn)定，但在點(diǎn)燃或加熱等條件下，能夠跟許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 1 氫氣的可燃性 氫氣在空氣里的燃燒，實(shí)際上是與空氣里的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成水。這一反應(yīng)過(guò)程中有大量熱放出，是相同條件下汽 油的三倍。因此可用作高能燃料，在火箭上使用。我國(guó)長(zhǎng)征3號(hào)火箭就用液氫燃料。 不純的氫氣點(diǎn)燃時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸。但有一個(gè)極限，當(dāng)空氣中所含氫氣的體積占混合體積的４％－７４.2%時(shí)，點(diǎn)燃都會(huì)產(chǎn) 生爆炸，這個(gè)體積分?jǐn)?shù)范圍叫爆炸極限。當(dāng)氫氣的純度達(dá)到７４.2%以上時(shí)點(diǎn)燃只會(huì)燃燒不會(huì)產(chǎn)生爆炸。所以，在點(diǎn)燃使 用氫氣時(shí)必須十分注意安全。只有確保氫氣已經(jīng)純凈后，方可點(diǎn)燃或加熱由氫氣。 2 氫氣的還原性 氫氣與氧化銅生成紅色的金屬銅與水，以上反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是氫氣奪取氧化銅中的氧生成水，使氧化銅變?yōu)榧t色的金屬銅。 氧化銅失去氧變成銅，氧化銅被還原了，即氧化銅發(fā)生了還原反應(yīng)。這種含氧化合物失去氧的反應(yīng)，叫做還原反應(yīng)。能奪取 含氧化物里的氧，使它發(fā)生還原反應(yīng)是的物質(zhì)，叫做還原劑。氫氣是還原劑具有還原性 (三）氫氣的用途 氫氣的用途是由氫氣的性質(zhì)決定的。例如，氫氣密度是所有氣體中最小的，可將氫氣充入氣球中氣球就可以飛起來(lái)，如 放飛氫氣球、太空氫氣球、空飄氫氣球。氫氣也可充氫氣飛艇。 氫氣跟氧氣反應(yīng)時(shí)放出大量的熱，氫氧焰可達(dá)3000℃的高溫，用于焊接或切割金屬；做高能燃料。利用氫氣的還原性， 可以冶煉有色金屬和高純鍺、硅，合成氨、鹽酸，石油加氫，制硬化油，高效能燃料，液氫還有希望成為動(dòng)力火箭的推進(jìn)劑。 其實(shí)氫氣是重要的化工原料。如：氫氣和氮?dú)庠诟邷?、高壓、催化劑存在下可直接合成氨氣，目前，全世界生產(chǎn)的氫氣 約有2/3用于合成氨工業(yè)。在石油工業(yè)上許多工藝過(guò)程需用氫氣，如加氫裂化，加氫精制、加氫脫硫、催化加氫等。氫氣在 氯氣中燃燒生成氯化氫，用水吸收得到重要的化工原料棗鹽酸。氫氣和一氧化碳的合成氣，凈化后經(jīng)加壓和催化可以合成甲 醇。在食品工業(yè)上，氫氣用于動(dòng)植物油脂的硬化，制人造奶油和脆化奶油等。隨著新技術(shù)的發(fā)展，氫氣的應(yīng)用將更為廣泛和重要。 （四）制取氫氣的方法 1.實(shí)驗(yàn)室制取氫氣的方法 實(shí)驗(yàn)室制取氫氣的方法一種化學(xué)原料是金屬，一般是鋅和鐵,凡是金屬活動(dòng)性在氫氣前面的金屬，都可用來(lái)制取氫氣。 另一種化學(xué)原料，一般選用稀硫酸和濃，稀鹽酸。 2.工業(yè)制取氫氣的方法 工業(yè)上廣泛采用紅熱的碳與水蒸氣反應(yīng)、天然氣和石油加工工業(yè)中的甲烷與水蒸氣反應(yīng)、高溫分解甲烷、電解水或 食鹽水等方法生產(chǎn)氫氣。 3.民用制取氫氣的方法 一般選用充氫氣球機(jī)也有選用氫氣瓶但造價(jià)太高。 關(guān)于氫氣球 世界上第一個(gè)氫氣球誕生在那一年?1780年法國(guó)化學(xué)家布拉克把氫氣灌入豬膀胱中，制得世界上第一個(gè)氫氣球。 中國(guó)第一枚氫氣球的誕生地。是在天津武備學(xué)堂，中法戰(zhàn)爭(zhēng)剛剛結(jié)束后，華衡芳就來(lái)到天津武備學(xué)堂任教。時(shí)值學(xué)堂里 的一名德國(guó)教習(xí) ，買到了一枚中法戰(zhàn)爭(zhēng)期間法軍用于軍事瞭望的廢氫氣球，自視為珍奇。學(xué)堂的主管人希望這名德國(guó)教習(xí) 能把氫氣球的制造和使用方法介紹給武備學(xué)堂的學(xué)員，這位德國(guó)教習(xí)卻推三阻四。1885年，華衡芳了解到這一情況后，立刻 帶領(lǐng)工匠自制了一枚直徑5尺的小氣球，然后用鏹水制成氫氣灌到球中，當(dāng)場(chǎng)演放升空。最后那位德國(guó)教習(xí)為了保住飯碗， 不得不老老實(shí)實(shí)地向?qū)W員們講授這門技術(shù)。 天津武備學(xué)堂試制成功氫氣球，不僅長(zhǎng)了中國(guó)人的志氣，而且這也是鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)后，中國(guó)人自己制成的第一枚氫氣球， 在近代中國(guó)科技史上，占有不容忽視的地位。 1824年橡膠玩具氣球在英國(guó)被發(fā)明。最早的氣球是用豬的膀胱做成。再以后是用類似雨鞋的橡膠做氣球。然而，現(xiàn)代的 氣球制作方法才誕生了不過(guò)60多年。它是英國(guó)的化學(xué)工程師Neil Tillotson于1933年偶然發(fā)明的。他將剪成貓形的紙板浸 入橡膠液體，想看看會(huì)發(fā)生什么。當(dāng)橡膠干了以后，出乎意料的是他做成了一個(gè)氣球貓，居然連耳朵都有。 氫氣的發(fā)現(xiàn) 16世紀(jì)中葉，瑞士科學(xué)家帕拉塞斯(1493～1541)和17世紀(jì)的一些科學(xué)家，都發(fā)現(xiàn)了金屬跟酸起反應(yīng)產(chǎn)生一種可燃性氣 體棗氫氣。由于當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)水平很低，人們并不認(rèn)識(shí)它是一種元素的單質(zhì)，只把它當(dāng)成一種可燃性的空氣。直到1766年 英國(guó)科學(xué)家卡文迪許(1731～1810)才確認(rèn)氫氣跟空氣不同，并測(cè)定氫氣的密度是空氣密度的1/14.38。他在1781年又進(jìn)一步 指出，氫氣在空氣中燃燒生成水。1783年拉瓦錫重做了實(shí)驗(yàn)，證明水是氫燃燒以后的唯一產(chǎn)物。1787年拉瓦錫給它命名 “hydrogen”，意思是“成水元素”，并確認(rèn)它是一種元素。早年間人們稱之為輕氣，后定名為氫（日本現(xiàn)仍稱之為水素）。