氢(H)

取自 食品百科全书

[中文]: 氢(H)

[英文]: hydrogen

[说明]: 周期系中第一种元素，也是最轻的元素。原子序数1。稳定同位素：1，2，3（甚微）。原子量1.00794。分子量2.0159。无色无臭无法治气体。密度0.08987（0℃）。化合价±1。在液体中溶解甚微，但一些金属却可吸收氢（例如钯可吸收千倍自身体积的氢）。氢在钢中被吸附会引起“氢脆”，导致工艺设备的损坏。在高温下较不活泼，除非有合适的催化剂。在高温下则变得高度活泼。能燃烧，并能与许多金属和非金属直接化合。在自然界，自由状态的氢极少，在大气中还不足百万分之一。主要化合态存在于水和有机物中。氢是宇宙中最丰富的元素。星球内氢核聚变是辐射能量的来源。氢很难液化[临界温度-240℃，临界压力1.3兆帕（13.0大气压）]。液态氢无色透明。相对密度0.70（-252℃）。沸点-252.8℃。用于获得低温和作高能燃料。让液态氢在减压下迅速蒸发，一部分变成雪白的固态氢。相对密度0.0807（-262℃）。熔点-259.14℃。氢的三种同位素为氕（1H）、氕（2H）和氚（3H）。天然氢是由99.98%氕和0.02%氕组成，氚在自然界中极少。用作重要工业原料，如合成氨。在高温下用氢将金属氧化物还原以制取金属较之其他方法，产品的性质更易控制，同时，金属的纯度也高。广泛用于钨、钼、钴、铁等金属粉末和锗、硅的生产。工业制法有电解法、烃裂解法、烃蒸汽转化法、炼厂气提取法等。与传统制氢法比，用水电解制氢成本较高，只适用于需要高纯氢的场合，如医药、半导体工业 等。电解槽一般采用箱式或双极性板框式，关键问题是降低两级的超电势及电池电阻，减少能耗。阳极常用镍，阴极用多孔镍合金，采用石棉隔膜 ，电解液为20%~25%KOH或NaOH，温度70~80℃，槽电压约2~2.5伏（水的理论分解电压约1.2伏）。水的纯度要求较高，以免杂质（特别是Cl-）积累，引起腐蚀。也有利用固体电解质燃料电池工艺作电解槽的，电解质为氢离子交换膜，避免了腐蚀性的苛性碱液和气体的渗漏，可得99.996%的纯氢。