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氢气是什么?(1)

来源:孙学军 氢思语 编辑:James&Ani 时间:2019-10-17 10:16:46

氢气是什么?

氢是一种化学元素,在元素周期表中位于第一位。氢通常的单质形态是氢气。它是无色无味无臭,极易燃烧的由双原子分子组成的气体,氢气是最轻的气体。

氢气最早期的应用是充氢气球,在飞机发明前人类曾经借助热气球和氢气球作为飞行交通工具,是最早实现飞天梦想的方式。氢气最重要的应用是作为燃料和工业原料,氢燃料电池技术作为有前景的新能源受到当今世界的重视。在医学生物学领域,氢气才刚刚开始被重视,氢气的广泛有效性、生物安全性、经济实惠、获取方便等特点决定了其在生物医学领域巨大广阔的应用前景。

不研究氢气,能知道这些就够了。如果研究氢气,这些知识就远远不够了。例如初中化学都会学习更多关于氢气的知识,例如氢气的最重要化学性质,是具有还原性作用。如果学习更多化学知识,会掌握氢气还能具有氧化作用。

氢气是两个氢原子组成的气体。从同位素角度看,氢元素或氢原子有三种类型,分别是氕、氘和氚,三种同位素中最多最多的是氕,其次是氘。氘大约占所有氢元素的150ppm,意思是百万个氢原子中有150个氘,其余的基本上全部是氕,氚的比例小到可以忽略不计。一般不特别说明,氢元素是指氕,氕原子核只有一个质子组成,是自然界所有元素最特殊的一个。因为所有其他元素,包括氘和氚的原子核都含有中子。

氢原子存在的方式很多,氢气只是一种方式,自然界中氢大多数都是化合物形式存在,最常见也是最有名的就是水含有2个氢原子。一切有机物都含有碳和氢原子,所以所有有机物都含有氢原子。

氢原子是一个质子氢原子核和一个围绕原子核旋转电子组成,按照量子力学大师玻尔的描述,氢原子的电子在原子核外运动局限在特定电子轨道内。氢原子核质子自身也具有两种自旋方向,这导致组成氢气的两个氢原子核存在两种可能,两个质子的自旋方向一致的氢分子是仲氢,不一样的是正氢。按照规范的说法,正氢中两个核的自旋是平行的,仲氢中两个核的自旋则是反平行的。氢气通常是正氢和仲氢的平衡混合物。室温热平衡态下,氢气大约是75%正氢和25%仲氢的混合物。

氢有一个常见方式是氢离子,是指氢原子丢失电子变成单质子的形式。最常见的氢离子来源是各种酸性物质,水也可以自然分解为氢离子和氢氧根离子,水溶液中的这两种离子根本不会单独存在,因为水分子具有极性,非常容易和有电物质结合,一个正电氢离子的周围会包绕多层水分子形成团簇。氢原子丢失电子变成氢离子,这种情况氢离子带正电。氢原子也可以获得电子变成氢负离子,氢负离子顾名思义就是带负电的氢离子,在氢气固体存储领域氢负离子有重要意义,且已经有一些固体储氢技术产品,某些氢负离子金属化合物如氢钙和氢镁,也被作为供氢剂用于生物医学中,初步研究发现对不少疾病有潜在治疗效果。

(缘由:很早以前有想法写一个氢医学问答这样的小册子,也进行过尝试,但都不够系统和全面,一直没有完成。最近康志敏老师再次提出建议并对相关问题进行了整理。计划开放接受学者和企业技术人员的相关贡献,大家群策群力一起完成一个任务,最后汇总编辑出版成书。这个内容当属于这个工作的一个尝试,希望不要给大家错误信息,似乎只我一个人来完成,或一定按照我的方法和全面接受我的观点。)

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