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電子。氫有三種同位素，氫主要以化 合狀態存在于水、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。光譜分析的結果表明，大陽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%，從整個宇宙來看，氫 是含量最多的一種元素。 (一)氫氣的物理性質 在通常狀況下，氫氣是一種無色，無味和無嗅的氣體。它比空氣輕．據測定，在標準狀況下(溫度為0℃，壓強為101， 325千帕)，1升氫氣的質量是0.089克。氫氣跟同體積的空氣相比，質量約是空氣的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，能變成無色的液體，在一259．2℃(13．8K)時，能變為雪狀的固體。它難溶于 水，也難液化。這樣輕的氣體，自然具有最大的擴散速度和很高的導熱性，它的導熱率比空氣大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，常溫下可透過橡皮和乳膠 管，在高溫下可透過鈀、鎳、鋼等金屬薄膜。由于氫氣具有很強的滲透性，所以當鋼暴露于一定溫度和壓力的氫氣中時， 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生成甲烷。隨著甲烷生成量的增 加，使孔隙擴張成裂紋，加速了碳在微觀組織中的遷移，降低了鋼的機械性能，甚至引起材質的損壞。 (二)氫氣的化學性質 氫氣在常溫下性質穩定，但在點燃或加熱等條件下，能夠跟許多物質發生化學反應。 1 氫氣的可燃性 氫氣在空氣里的燃燒，實際上是與空氣里的氧氣發生反應，生成水。這一反應過程中有大量熱放出，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。我國長征3號火箭就用液氫燃料。 不純的氫氣點燃時會發生爆炸。但有一個極限，當空氣中所含氫氣的體積占混合體積的４％－７４.2%時，點燃都會產 生爆炸，這個體積分數范圍叫爆炸極限。當氫氣的純度達到７４.2%以上時點燃只會燃燒不會產生爆炸。所以，在點燃使 用氫氣時必須十分注意安全。只有確保氫氣已經純凈后，方可點燃或加熱由氫氣。 2 氫氣的還原性 氫氣與氧化銅生成紅色的金屬銅與水，以上反應的實質是氫氣奪取氧化銅中的氧生成水，使氧化銅變為紅色的金屬銅。 氧化銅失去氧變成銅，氧化銅被還原了，即氧化銅發生了還原反應。這種含氧化合物失去氧的反應，叫做還原反應。能奪取 含氧化物里的氧，使它發生還原反應是的物質，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，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。 氫氣跟氧氣反應時放出大量的熱，氫氧焰可達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力火箭的推進劑。 其實氫氣是重要的化工原料。如：氫氣和氮氣在高溫、高壓、催化劑存在下可直接合成氨氣，目前，全世界生產的氫氣 約有2/3用于合成氨工業。在石油工業上許多工藝過程需用氫氣，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，凈化后經加壓和催化可以合成甲 醇。在食品工業上，氫氣用于動植物油脂的硬化，制人造奶油和脆化奶油等。隨著新技術的發展，氫氣的應用將更為廣泛和重要。 （四）制取氫氣的方法 1.實驗室制取氫氣的方法 實驗室制取氫氣的方法一種化學原料是金屬，一般是鋅和鐵,凡是金屬活動性在氫氣前面的金屬，都可用來制取氫氣。 另一種化學原料，一般選用稀硫酸和濃，稀鹽酸。 2.工業制取氫氣的方法 工業上廣泛采用紅熱的碳與水蒸氣反應、天然氣和石油加工工業中的甲烷與水蒸氣反應、高溫分解甲烷、電解水或 食鹽水等方法生產氫氣。 3.民用制取氫氣的方法 一般選用充氫氣球機也有選用氫氣瓶但造價太高。 關于氫氣球 世界上第一個氫氣球誕生在那一年?1780年法國化學家布拉克把氫氣灌入豬膀胱中，制得世界上第一個氫氣球。 中國第一枚氫氣球的誕生地。是在天津武備學堂，中法戰爭剛剛結束后，華衡芳就來到天津武備學堂任教。時值學堂里 的一名德國教習 ，買到了一枚中法戰爭期間法軍用于軍事瞭望的廢氫氣球，自視為珍奇。學堂的主管人希望這名德國教習 能把氫氣球的制造和使用方法介紹給武備學堂的學員，這位德國教習卻推三阻四。1885年，華衡芳了解到這一情況后，立刻 帶領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，當場演放升空。最后那位德國教習為了保住飯碗， 不得不老老實實地向學員們講授這門技術。 天津武備學堂試制成功氫氣球，不僅長了中國人的志氣，而且這也是鴉片戰爭后，中國人自己制成的第一枚氫氣球， 在近代中國科技史上，占有不容忽視的地位。 1824年橡膠玩具氣球在英國被發明。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，現代的 氣球制作方法才誕生了不過60多年。它是英國的化學工程師Neil Tillotson于1933年偶然發明的。他將剪成貓形的紙板浸 入橡膠液體，想看看會發生什么。當橡膠干了以后，出乎意料的是他做成了一個氣球貓，居然連耳朵都有。 氫氣的發現 16世紀中葉，瑞士科學家帕拉塞斯(1493～1541)和17世紀的一些科學家，都發現了金屬跟酸起反應產生一種可燃性氣 體棗氫氣。由于當時科學技術水平很低，人們并不認識它是一種元素的單質，只把它當成一種可燃性的空氣。直到1766年 英國科學家卡文迪許(1731～1810)才確認氫氣跟空氣不同，并測定氫氣的密度是空氣密度的1/14.38。他在1781年又進一步 指出，氫氣在空氣中燃燒生成水。1783年拉瓦錫重做了實驗，證明水是氫燃燒以后的唯一產物。1787年拉瓦錫給它命名 “hydrogen”，意思是“成水元素”，并確認它是一種元素。早年間人們稱之為輕氣，后定名為氫（日本現仍稱之為水素）。