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水的合成否定了水是元素的錯誤觀念在古希臘恩培多克勒提出宇宙間只存在火、氣、水、土四種元素它們組成萬物。從那時起直到18世紀70年代人們一直認為水是一種元素。1781年普利斯特里將氫氣和空氣放在閉口玻璃瓶中用電火花引爆發(fā)現(xiàn)瓶的內(nèi)壁有露珠出現(xiàn)。同年卡文迪許也用不同比例的氫氣與空氣的混合物反復(fù)進行這項實驗確認這種露滴是純凈的水表明氫是水的一種成分。這時氧氣也已發(fā)現(xiàn)卡文迪許又用純氧代替空氣進行試驗不僅證明氫和氧化合成水而且確認大約2份體積的氫與1份體積的氧恰好化合成水發(fā)表于1784年。這些實驗結(jié)果本已毫無異議地證明了水是氫和氧的化合物,而不是一種元素。但卡文迪許卻和普利斯特里一樣仍堅持認為水是一種元素，氧是失去燃素的水，氫則是含有過多燃素的水。他用下式表示“易燃空氣”氫的燃燒：

水+燃素+ 水燃素→水

易燃空氣氫 失燃素空氣氧

1782年拉瓦錫重復(fù)了他們的實驗并用紅熱的槍筒分解了水蒸氣明確提出正確的結(jié)論水不是元素而是氫和氧的化合物糾正了兩千多年來把水當(dāng)做元素的錯誤概念。1787年他把過去稱作“易燃空氣”的這種氣體命名為“Hydrogen”氫意思是“產(chǎn)生水的”并確認它是一種元素。

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M51內(nèi)的氫氣

氫氣是無色并且密度比空氣小的氣體在各種氣體中氫氣的密度較小。標準狀況下1升氫氣的質(zhì)量是0.0899克相同體積比空氣輕得多。因為氫氣難溶于水所以可以用排水集氣法收集氫氣。另外在101千帕壓強下溫度-252.87 ℃時氫氣可轉(zhuǎn)變成無色的液體-259.1 ℃時變成雪狀固體。常溫下氫氣的性質(zhì)很穩(wěn)定不容易跟其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但當(dāng)條件改變時如點燃、加熱、使用催化劑等情況就不同了。如氫氣被鈀或鉑等金屬吸附后具有較強的活性特別是被鈀吸附。金屬鈀對氫氣的吸附作用較強。當(dāng)空氣中的體積分數(shù)為4%-75%時遇到火源可引起爆炸。

氫氣是無色的氣體標準狀況下密度是0.09克/升(較輕的氣體)難溶于水。在-252 ℃,變成無色液體,-259 ℃時變?yōu)檠┗罟腆w。

雖然氫氣在通常狀態(tài)下不是非?；顫姷珰錃馀c絕大多數(shù)元素會組成化合物。碳氫化合物已知有數(shù)以百萬種但它們不會由氫氣和碳直接化合形成。氫氣與電負性較強的元素如鹵素反應(yīng)在這些化合物中氫的氧化態(tài)為+1。氫與氟、氧、氮成鍵時可生成一種較強的非共價的鍵稱為氫鍵。氫鍵對許多生物分子具有重要意義。 氫也與電負性較低的元素如活潑金屬生成化合物這時氫的氧化態(tài)通常為 -1這樣的化合物稱為氫化物。

氫與碳形成的化合物由于其與生物的關(guān)系通常被稱為有機物研究有機物的學(xué)科稱為有機化學(xué)而研究有機物在生物中所起的作用的科學(xué)稱為生物化學(xué)。按某些定義“有機”只要求含有碳。但大多數(shù)含碳的化合物通常都含有氫。這些化合物的性質(zhì)主要是由碳氫鍵決定的。故有時有機物的定義要求物質(zhì)含有碳氫鍵。

無機化學(xué)中H- 可以作為橋接配體連接配合物中的兩個金屬原子。這樣的特性通常在13族元素中體現(xiàn)尤以鋁配合物。

對氫原子的氧化也即讓氫原子失去其電子即可得到H+氫離子。氫離子不含電子由于氫原子通常不含中子故氫離子通常只含1個質(zhì)子。這也就是為什么常將H+直接稱為質(zhì)子的原因。H+是酸堿理論的重要離子。

裸露的質(zhì)子H+不能直接在溶液或離子晶體中存在這是由氫離子和其他原子、分子不可抗拒的吸引力造成的。除非在等離子態(tài)物質(zhì)中氫離子不會脫離分子或原子的電子云。但是“質(zhì)子”或“氫離子”這個概念有時也指帶有一個質(zhì)子的其他粒子通常也記做“H+”。

為了避免認為溶液中存在孤立的氫離子一般在水溶液中將水和氫離子構(gòu)成的離子稱為水合氫離子H3O+。但這也只是一種理想化的情形。氫離子在水溶液中事實上以類似于H9O4+的形式存在。

盡管在地球上少見H3+離子質(zhì)子化分子氫卻是宇宙中常見的離子之一。

氫氣是一種極易燃的氣體在空氣中的體積分數(shù)為4%至75%時都能燃燒。氫氣燃燒的焓變?yōu)?286 kJ/mol

2 H?(g) + O?(g) → 2 H?O(l); ΔH = -572 kJ/mol

氫氣占4%至74%的濃度時與空氣混合或占5%至95%的濃度時與lv氣混合時是極易爆炸的氣體在熱、日光或火花的刺激下易引爆。氫氣的著火點為500 °C。純凈的氫氣與氧氣的混合物燃燒時放出紫外線。

因為氫氣比空氣輕所以氫氣的火焰傾向于快速上升故其造成的危害小于碳氫化合物燃燒的危害。氫氣與所有的氧化性元素單質(zhì)反應(yīng)。氫氣在常溫下可自發(fā)的和lv氣需要光照反應(yīng) 氫氣和氟氣在冷暗處混合就可爆炸生成具有潛在危險性的酸氯化氫或氟化氫。

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