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氫氣是什么?(1)

作者:孫學軍  來源:氫思語  更新時間:2019-10-21 16:52:15

    氫氣是什么?

    氫是一種化學元素,在元素周期表中位于第一位。氫通常的單質形態是氫氣。它是無色無味無臭,極易燃燒的由雙原子分子組成的氣體,氫氣是最輕的氣體。

    氫氣最早期的應用是充氫氣球,在飛機發明前人類曾經借助熱氣球和氫氣球作為飛行交通工具,是最早實現飛天夢想的方式。氫氣最重要的應用是作為燃料和工業原料,氫燃料電池技術作為有前景的新能源受到當今世界的重視。在醫學生物學領域,氫氣才剛剛開始被重視,氫氣的廣泛有效性、生物安全性、經濟實惠、獲取方便等特點決定了其在生物醫學領域巨大廣闊的應用前景。

    不研究氫氣,能知道這些就夠了。如果研究氫氣,這些知識就遠遠不夠了。例如初中化學都會學習更多關于氫氣的知識,例如氫氣的最重要化學性質,是具有還原性作用。如果學習更多化學知識,會掌握氫氣還能具有氧化作用。

    氫氣是兩個氫原子組成的氣體。從同位素角度看,氫元素或氫原子有三種類型,分別是氕、氘和氚,三種同位素中最多最多的是氕,其次是氘。氘大約占所有氫元素的150ppm,意思是百萬個氫原子中有150個氘,其余的基本上全部是氕,氚的比例小到可以忽略不計。一般不特別說明,氫元素是指氕,氕原子核只有一個質子組成,是自然界所有元素最特殊的一個。因為所有其他元素,包括氘和氚的原子核都含有中子。

    氫原子存在的方式很多,氫氣只是一種方式,自然界中氫大多數都是化合物形式存在,最常見也是最有名的就是水含有2個氫原子。一切有機物都含有碳和氫原子,所以所有有機物都含有氫原子。

    氫原子是一個質子氫原子核和一個圍繞原子核旋轉電子組成,按照量子力學大師玻爾的描述,氫原子的電子在原子核外運動局限在特定電子軌道內。氫原子核質子自身也具有兩種自旋方向,這導致組成氫氣的兩個氫原子核存在兩種可能,兩個質子的自旋方向一致的氫分子是仲氫,不一樣的是正氫。按照規范的說法,正氫中兩個核的自旋是平行的,仲氫中兩個核的自旋則是反平行的。氫氣通常是正氫和仲氫的平衡混合物。室溫熱平衡態下,氫氣大約是75%正氫和25%仲氫的混合物。

    氫有一個常見方式是氫離子,是指氫原子丟失電子變成單質子的形式。最常見的氫離子來源是各種酸性物質,水也可以自然分解為氫離子和氫氧根離子,水溶液中的這兩種離子根本不會單獨存在,因為水分子具有極性,非常容易和有電物質結合,一個正電氫離子的周圍會包繞多層水分子形成團簇。氫原子丟失電子變成氫離子,這種情況氫離子帶正電。氫原子也可以獲得電子變成氫負離子,氫負離子顧名思義就是帶負電的氫離子,在氫氣固體存儲領域氫負離子有重要意義,且已經有一些固體儲氫技術產品,某些氫負離子金屬化合物如氫鈣和氫鎂,也被作為供氫劑用于生物醫學中,初步研究發現對不少疾病有潛在治療效果。

        (緣由:很早以前有想法寫一個氫醫學問答這樣的小冊子,也進行過嘗試,但都不夠系統和全面,一直沒有完成。最近康志敏老師再次提出建議并對相關問題進行了整理。計劃開放接受學者和企業技術人員的相關貢獻,大家群策群力一起完成一個任務,最后匯總編輯出版成書。這個內容當屬于這個工作的一個嘗試,希望不要給大家錯誤信息,似乎只我一個人來完成,或一定按照我的方法和全面接受我的觀點。)

       本文摘自微信公眾號《氫思語》,作者:孫學軍

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