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氢的物理性质
原子氢的原子半径量1.00794原(共价半径子体积14.1)37.1cmp3/mmol离子半径 。 比热容101.43×10-3pm(+14J/()k154g·pKm)(-1熔点);
-259.14℃形态不同、密度各异沸点-252.87℃:气体氢密度汽化热0.08987451.872g/dmkJ3/kg液体氢密度溶解热58.5760.07gkJ/kg3 。 固体氢的密度0.088g/cm3金属氢密度0.6g/cm3 。
氢是无色无味无臭的气体双原子分子;氢是密度最低的气体只有空气密度的1/14;即便是液态氢也轻得很1L只有70g密度约为水的1/14 。 氢具有很高的扩散速度在0℃时氢分子在空气中每秒钟飞驰1.7km因此导热性能也很好;其他气体元素从高压空间经过多孔物质流入低压空间后温度都是降低的唯独氢在此情况下温度升高 。 氢的沸点很低很难液化当温度高于它的临界温度-239.9℃时即使增加压力也不能使其变成液体 。 氢难溶于水常压下0℃时
100体积的水只能溶进两体积的氢气 。 但是在铂、钯、铑、镍等过渡金属及其合金中溶解得多比如在常温常压下一单位体积的钯可溶进850个单位体积的氢;一单位体积的镧镍合金(LaNi5)可溶进985单位体积的氢 。 氢的晶体结构类型为分子晶体、六方晶系 。 在高压、低温下的晶体氢能导电被称为金属氢 。 但若压力降至100万个大气压以下或者温度略高于-268.8℃金属氢便由导体变成绝缘体 。 氢为反磁性物质金属氢有超导性 。
氢的化学性质
氢的价层电子构型1s1电负性2.1第一电子亲和能72.375kJ/mol第一电离能1310kJ/mol标准电极势0.00V氧化数+1、-1常见化合价+1 。
氢的价层电子虽然只有一个但它却是已经充填到半满的程度故活泼性介于活泼金属与活泼非金属之间 。 在常温下分子氢不活泼只能跟氟化合有紫外线照射条件下可与氯化合在铂粉催化下能跟氧化合;原子氢比较活泼它不仅可用离子键与活泼金属组成类盐型氢化物也可用共价键与稀有气体以外的所有非金属组成分子型氢化物还可以不用任何键以自己微小的身躯充填到过渡金属晶格内的空隙中组成金属型氢化物 。 尤其是氢对氧的亲和力特别强它是从不活泼金属氧化物中夺取氧的高手对一些非金属氧化物中的氧照样也能夺过来 。
氢还是打开碳双键和碳三键的一把金钥匙在进行氢化反应时可把有机大分子分解为小分子 。 氢具有可燃性纯净的氢气在空气中燃烧产生蓝色火焰;在跟氯气或氧气反应时可以点燃;而且氢占4.5%~45%(体积分数)的氢氧混合气能够爆炸氢占4%~74.2%(体积分数)的氢与空气的混合气也能够爆炸 。 正因如此才使它很快就退出了充填气球和飞艇的舞台 。 不过氢虽然容易着火却不能助燃;相反很容易灭火将任何燃着的物质投入纯氢气中都会立即熄灭 。
氢是两性元素氧化物水的pH值为中性 。 氢在元素中是一个多面手既参与形成各种碱又参与形成各种酸还可以形成某些盐更是形成有机物的有生力量 。
氢的代表性化合物有:水(H2O水有3种:氧与氕组成的是普通水氧与氘组成的称为重水氧与氚组成的称为超重水)、过氧化氢(又称双氧水H2O2)、甲烷(CH4)、氨(NH3)、苯(C6H6)、盐酸(HCl)、硫化氢(H2S)与氢氧化钠(NaOH)等 。
转化为氦衰变在核反应方面转化为氦而且它不仅在宇宙大爆炸、恒星大爆炸和恒星演化的氢燃烧过程中以氕、氘、氚3重身份分别参与了对氦、锂、铍、硼等轻元素的合成还在质子俘获过程中又分别参与了对锌至汞之间50多种较重元素的合成;也曾在人造多种放射性元素和某些稳定性元素的放射性同位素时充当“炮弹” 。
氢的主要用途
①用氢合成氨、提炼石油和制造硫酸用氢和煤粉人造石油用氢与一氧化碳代替木材制造甲醇 。
②用3000℃左右的氢氧焰切割和焊接金属用金属氢在室温下作为超导体使用 。
③氘、氚是制造氢弹的材料重水是原子反应堆中理想的中子减速剂和载热剂 。 用氚发动原子电池组中间不进行充电就可连续使用20年 。
④超重水在生物研究中作示踪原子了解生物体内的生理变化和新陈代谢情况 。
⑤用液态氢获得低温可使氦以外气体变成固体也用作航天飞机的燃料 。
⑥用氢作燃料、氧为氧化剂的燃料电池既可以发电又可以供水不仅能量转化效率最高可达60%~80%而且使用寿命长既可用作民用发电更是宇
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