在常温常压下,分子氢是一种气体,就是我们所说的氢气,它无色、无臭,无味。在-253℃时,氢从气体变成了液体;但是倘给氢气施加13个大气压的压力,那么它在冷到-240℃的时侯,也会变成液体的。氢气还能变成固体呢,不过那是在-262℃的时候。
人类最早发现的元素之一就有氢。早在16世纪初叶,瑞士的炼金术士帕拉西尔修斯就发现了气体氢。他把硫酸和铁放在一起,制得了一种气体,帕拉西尔修斯把它叫做“轻空气”。到了1783年,法国化学家拉瓦锡戈给这种气体取名为“Hydrogen”,意思是“水的原料”。日本人用汉字表示时,称为“水素”,大概是从拉瓦锡那里来的;我们中国人早年称之为“轻气”,后来叫它作“氢”,也许还是继承了帕拉西尔修斯的衣钵。
游离在地球上的氢气少之又少,它只偶尔混杂在火山喷气和天然气中。大气里氢气的含量连百万分之一还不到。
氢最基本的化学性质就是可以跟氧发生燃烧反应,生成水,同时放出大量的热能。这个重要的反应是英国化学家卡文迪许在1781年发现的。至今有200年历史了。
在这个反应过程中,每烧掉一克分子氢气,能放出六十八千卡的热量。
从这一点来看,氢气就好像人们常用的,像煤气和汽油之类的燃料。每摩尔氢的重量是两克,从燃烧一克分子氢气能放出六十八千卡热量来计算,燃烧一公斤氢气,将能放出三万四千千卡的热量。而我们知道,每一公斤一氧化碳气体燃烧时,只能放出二千四百千卡的热量,只有氢气的十四分之一;一公斤汽油的燃烧热为一万一千千卡,也不足氢气的三分之一。可见氢气是一种蕴藏着巨大热量的高能燃料。目前,液态氢在航天工业中用得比较多。比如美国探月的“阿波罗”飞船,就都是用氢气作燃料的。
氢气作为燃料能发出很大的力量,而且还有一个最大的优点,就是没有氧化氮、二氧化硫和二氧化碳之类沾污大气、影响环境的化学物质,更没有尘烟。烧剩下来的,只有清清的水,所以是一种最“干净”的燃料。
除了这些在燃烧上的优点之外,还有一个极为重要之处,那就是它的蕴藏量是无穷无尽的。水是氢和氧两种元素组成的,一个水分子中有着两个氢原子和一个氧原子,尽管地球上游离的氢气很少很少,可是地球表面有的是水,仅海洋就有130亿亿吨水,那里面又有多少氢啊!
而且,就算是不用一滴海水,氢和氧反应后生成了水,把这部分水分解又成了氢和氧,根据质量作用定律,有多少氢和氧燃烧后生成了多少水,便可以从这多少水中分解出多少氢和氧,一分不会多,也一分不会少。这样,只要一定数量的氢和氧,便可以循环使用,永无涸尽之虞了。
所以,人们认为氢能有不可限量的前程,不是没有理由的。
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