「氫」:各本之異
[底本] | [底本] |
第二三九行: | 第二三九行: | ||
==同位素== |
==同位素== |
||
於眾元素中,惟氫之同素 |
於眾元素中,惟氫之同素具多名。 |
||
於自然界中所有之同位素 |
於自然界中所有之同位素:[[氕]](piē,ㄆㄧㄝ)(<sup><small>1</small></sup>H)、[[氘]](dāo,ㄉㄠ)(<sup><small>2</small></sup>H,D,重氫)、[[氚]](chuān,ㄔㄨㄢ)(<sup><small>3</small></sup>H,T,超重氫) |
||
以人工法合成之同位素: <sup><small>4</small></sup>H、<sup><small>5</small></sup>H、<sup><small>6</small></sup>H、<sup><small>7</small></sup>H。 |
以人工法合成之同位素: <sup><small>4</small></sup>H、<sup><small>5</small></sup>H、<sup><small>6</small></sup>H、<sup><small>7</small></sup>H。 |
二〇〇七年一〇月一三日 (六) 〇九時〇二分審
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
總體特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
核磁公振特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
在没有特别注明的情况下使用的是 國際標準基準單位單位和標準氣温和氣壓 |
氫,化學元素之一也,化學符號為H,原子序數乃1,位元素周期表之首。其原子乃眾原子中最小。氫常呈氣態,曰氫氣。其無色無味無臭,乃極易燃雙原子之氣體矣,誠為最輕之氣體,宇內含量最高之物也。其原子存於水,眾有機化合物及活生物中。其導熱能力極強,與氧化合則可成水。零攝氏度及一大氣壓下,每升氫氣僅重零點零九克——誠為同體積空氣重量之十四點五份之一。
常溫下,氫較不活潑,然可用催化劑活化。高温下,其極活潑。除稀有氣體元素,幾近凡為元素咸可與之生成化合物。
發現
十六世紀末,瑞士化學家巴拉采爾斯把鐵放稀硫酸中,鐵片即與硫酸生激烈反應,釋大量氣泡——氫氣。然至1766年,氫才被英國科學家亨利·卡文迪什(Henry Cavendish)定為化學元素,時謂可燃空氣,並證其可在氧氣中燃燒且成水矣。(一說為1783年)1787年,法國化學家拉瓦錫(Antoine Lavoisier)證其為一單質,並易其名為氫也。
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」,意即「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,謂為「水素」。
分布
地球上及大氣內僅存甚少之游離態氫。在地殼裏,若按重量算之,氫僅佔總重量百份之一,而以原子百分數計算之,則佔百份之十七。大自然中,氫分布甚廣。以水可謂為氫之「倉」也,水中含氫百份之十一;泥中有氫約百份之一點五;而「石油」、「天然氣」與動植物體亦含氫也。空氣中,氫氣只為少數,約佔總體積二百萬份之一。整個宇宙而言,又以原子百分數言之,其為最多之元素矣。據研究,於太陽之大氣中,以原子百分數計算,氫佔百份之九十三。於宇內,氫原子之量比凡元素者之總和大約百倍。
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。譬喻,半導體生產工藝需用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之氫氣,為愜工業上各種高純氫之需,務對氫氣施以進一步之純化。氫氣之純化法大致可分為兩類並六法,兩法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 |
---|---|---|---|---|
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
於眾元素中,惟氫之同素具多名。
於自然界中所有之同位素:氕(piē,ㄆㄧㄝ)(1H)、氘(dāo,ㄉㄠ)(2H,D,重氫)、氚(chuān,ㄔㄨㄢ)(3H,T,超重氫)
以人工法合成之同位素: 4H、5H、6H、7H。
用途
氫乃重要工業原料也,如生產合成氨與甲醇,也用於提煉石油,氫化有機物質作為收縮氣體,用於氫氧焰熔接器與火箭燃料中。於高溫下,以氫還原金屬氧化物生成金屬,較其它方法更易控其性質,金屬之純度並高矣。廣用於鎢、鉬、鈷、鐵等金屬粉末和鍺、硅之生產。
蓋因氫氣甚輕,人等用之製氫氣球。氫氣與氧氣化合時,釋大量熱,被用於切割金屬。
用氫之同位素,氘與氚之原子核聚變時,產生之能量可產成極俱殺傷力及破壞性之氫彈,其威力比原子彈大得多。
現,氫氣亦可為一未來之可替代性,用作汽車之然料。美國於2002年亦提出「國家氫氣動力計劃」矣。惟技術未算成熟,仍未被大量工業應用。2003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。惟一些因素亦可抵銷這種影響,如減少用氯氟甲烷、土壤之吸收、及燃料電池新技術之開發等。
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