「氫」:各本之異
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==發現== |
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二〇〇七年一〇月二〇日 (六) 〇五時三八分審
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總體特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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名稱, 代號, 序號 | 氫、H、1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
系列 | 非金屬 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
族, 週期, 元素分區 | 一族, 一, s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
密度、硬度 | 0.0899 kg/m3(273K)、NA | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
颜色和外表 | 無色 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
大氣含量 | 10-4 % | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
地殼含量 | 0.88 % | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
原子屬性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
原子量 | 1.00794 原子量單位 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
原子半徑 (計算值) | 25(53)皮米 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
共價半徑 | 37 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
范德華半徑 | 120 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
價電子排怖 | 1s1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
電子在每能級的排怖 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
氧化價(氧化物) | 1(兩性的) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
晶體結構 | 六角形 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
物理屬性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
物質狀態 | 氣態 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
熔點 | 14.025 開氏度 (-259.125 攝氏度) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
沸點 | 20.268 開氏度 (-252.882 攝氏度) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
摩爾體積 | 11.42×10-6m3/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
汽化熱 | 0.44936 千焦耳/摩爾 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
熔化熱 | 0.05868 千焦耳/摩爾 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
蒸氣熱 | 209 帕(23開氏度) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
聲速 | 1270 米/秒(293.15開氏度) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
其他性質 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
電負性 | 2.2(鮑林標度) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
比熱 | 14304 焦耳/千克開文氏 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
電導率 | 無數據 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
熱導率 | 0.1815 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
電離能 | 1312 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
最穩定的同位素 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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核磁公振特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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无注者,乃以國際標準基準單位單位及標準氣温和氣壓默许之 |
氫,乃一化學元素,化學符號H,原子序數1,處元素周期表之首。其原子乃眾原子之極小。氫常呈氣態,曰氫氣。色味咸無,乃極易燃之雙原子氣體,誠為最輕矣,天下含量最高之物也。其原子存於水、眾有機化合物及活物中。極導熱,與氧化合則成水。零攝氏度及一大氣壓下,每升氫氣才重零點零九克——誠為同體積空氣重量之十四點五份之一。
常溫下,氫惰也,可以催化劑活之。處高温,則為活者。除稀有氣體元素,幾近凡為元素者咸可與之成化合物。
發現
十六世紀末,瑞士化學家巴拉采爾斯置鐵於稀硫酸,鐵片即逝,出氣泡,即為氫氣也。然至一七六六年,英國科學家亨利·卡文迪什(Henry Cavendish)定之為化學元素,時謂“可燃空氣”,且其可於氧氣中燃燒,有水生矣。(一說為一七八三年)一七八七年,法蘭西化學家拉瓦錫(Antoine Lavoisier)證其為單質,易其名氫也。
名稱由來
- 有曰氫此詞源於希臘語中之「hydrogens」,hydro為水之意,gens意謂「造成」,全意「生水之物」矣。
- 中文原稱「氫氣」為「輕氣」,「氫」屬後造之形聲字也。
- 日語及朝鮮語循希臘語原義,謂「水素」。
分布
游離態氫於地球與大氣中者甚少。衡其比重,於地殼內僅百一,倘以原子之數記之,則為百之十七。氫廣存與世,水者,氫之倉廩也,含氫百之十一;泥者,含氫百之一點五;而「石油」、「天然氣」者亦含氫。氣中,氫氣少矣,乃體積二百萬之一。而與宇宙者,氫甚廣,以原子較為百之九三,且百倍於他元素之和也。
製備
工業法有電解法、烴裂解法、烴蒸氣轉化法、煉廠氣提取法。
蒸氣重組法
蒸氣重組法,在工業上最廣為用之。乃用低碳素之碳氫化合物。
過程為:
- (水煤氣變換反應)
此乃放熱過程。
而蒸氣甲烷重組(SMR)乃恆用,亦為最廉之產法。以天然氣作為原料。於攝氏七百至一千一百度間,又以金屬為催化劑,水蒸氣與甲烷反應生成一氧化碳與氫氣:
電解
放少量酸至純水使其導電,再電解以生成氫及氧。
純化
對高純氫之需隨半導體工業、精細化工與光電纖維工業之發展以生。其如半導體生產工藝需百份之九十九點九九九以上之高純氫。惟現工業上眾製氫法所生,胥為不純氫也,為愜工業上眾高純氫之需,務對氫氣再施純化。氫氣之純化法大致可分為兩類並六法,兩類則為物理法與化學法。
氫氣之純化法:
法 | 本論 | 適用原料氣 | 製得之氫氣純度 | 宜格 |
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高壓催化法 | 氫與氧起催化反應以去氧 | 含氧之氫氣,主為電解法所產之氫氣 | 百分之九十九點九九九 | 小 |
金屬氫化物分離法 | 先使氫與金屬生成金屬氫化物,再加熱或减壓使其分解 | 氫含量較低之氫體 | 大於百分之九十九點九九九 | 中小 |
高壓吸附法 | 吸附劑選吸附雜質 | 凡含氫氣體 | 百分之九十九點九九九 | 大 |
低温分離法 | 低温下使氣體冷凝 | 凡含氫氣體 | 百分之九十至九十八 | 大 |
鈀合金薄膜擴散法 | 鈀合金薄膜對氫有選擇滲透性,而其他氫體則不能過之 | 氫含量較低之氣體 | 大於百分之九十九點九九九 | 中小 |
聚合物薄膜擴散法 | 氣體通過薄膜之擴散速率不同 | 煉油廠廢氣 | 百分之九十二至九十八 | 小 |
同位素
元素之眾,惟氫之同位素多名耳。其如氕者(piē,ㄆㄧㄝ)(1H)、氘者(dāo,ㄉㄠ)(2H,D,重氫)、氚者(chuān,ㄔㄨㄢ)(3H,T,超重氫)
以人工之法合成同位素 4H、5H、6H、7H。
用途
氫乃重要工業原料也,如生產合成氨與甲醇,亦作提煉石油,氫化有機物質作收縮氣體,用於氫氧焰熔接器與火箭燃料中。高溫下,以氫還金屬氧化物生成金屬,較其它方法更易控其性質,金屬之純並高矣。廣用於鎢、鉬、鈷、鐵等金屬粉末與鍺、硅之產。
人等用製氫氣球,氫氣甚輕故耳。氫氣與氧氣化合,釋大熱,用之割金屬也。
氘與氚(氫之同位素)之原子核聚變時,所產之能可製極具殺傷力及破壞性之氫彈,其威力比原子彈為大。
時亦可為將作汽車之可替代性然料。美國於二〇〇二年亦提「國家氫氣動力計劃」。惟技術未熟,未被廣用於工業。二〇〇三年科學家發之,用氫然料會使大氣層中之氫加可四至八倍。認可讓同温層之上端更冷、雲層更多,亦擴臭氧洞。惟一些因素亦可抵之影,其如減用氯氟甲烷、土壤之吸收、及辟燃料電池新技等。
另見
它典
- (英文) 洛斯阿拉莫斯國家實驗室 —— 氫
- (英文) WebElements.com —— 氫
- (英文) EnvironmentalChemistry.com —— 氫
- (英文) 核磁共振 —— 氫