氢气

最轻的气体
氢气(英语Hydrogen)是氢(H)元素的单质形态,化学式为H₂。氢气在常温常压下是一种无色、无味、无毒、易燃易爆炸气体,分子量为2.0157,在0 ℃、101.325 kPa条件下的密度为0.08987 g/L。氢气难溶于水中,在21 ℃时,水中溶解度仅为1.62 mg/L。氢气是世界上已知密度最小的气体,也是自然界中最轻的气体,其具有可燃性、还原性、氧化性等化学性质。氢气不仅可以用于填充气球、治疗疾病,在工业上作氢化剂和还原剂,而且它也是21世纪主要研究的一种新型的清洁能源,可以作为航空燃料或以燃烧电池的方式为汽车提供动力。氢气可以通过电解水水煤气烃类转化法等方法制备。[1][2]

发现历史

16世纪,瑞士医生帕拉赛斯·菲利普斯·奥利奥卢斯(Paracelsus Philippus Aureolus)发现当屑投入到硫酸会生成一种气体,这个气体就是氢气。[3]17世纪,比利时科学家范·海尔蒙特(van Helmont)说过“干馏有机物会生成可燃气体”,该可燃气体就是甲烷、氢气、一氧化碳混合物[4]17世纪中叶,英国化学家罗伯特·波义尔(Robert Boyle)将装满稀硫酸的长颈瓶倒置在同样盛有硫酸的液面上,将铁粒投入到大瓶里,一段时间后,长颈瓶中收集到一种气体,该气体即为氢气。[3]这些科学家均未对氢气有进一步的研究。
英国化学家亨利·卡文迪许(Henry Cavendish)是历史上公认的氢气发现者。1766年,卡文迪许发表的一篇研究报告《论人工空气》中描述利用一定量的铁、金属与足量的酸(如稀硫酸稀盐酸)反应可制得“可燃空气”(即氢气)。他利用排水法将该气体收集起来进行了仔细研究,发现该气体与空气混合后遇火星会爆炸。然而,卡文迪许由于受到燃素说的影响,始终认为这种气体是一种燃素。直到1787年,法国化学家安托万-洛朗·拉瓦锡(Antoine-Laurent de Lavoisier)正式提出氢是一种元素并对其命名为“hydrogenium”。[3][4]
1808年,英国物理学家约翰·道尔顿(John Dalton)在前人发现的基础上,创立了新的原子学说,主张用原子来解释各种化学现象,并且首次在化学领域引用原子量的概念,认为每种元素的原子重量是不变的。1811年,意大利化学家阿莫迪欧·阿伏伽德罗(Amedeo Avogadro)提出分子假说,分子是由原子构成的,双原子分子是由两个原子构成的,而稀有气体这类单原子分子则是由单子原子构成的。1858年,意大利化学家斯塔尼斯劳·康尼查罗(Stanislao Cannizzaro)对分子假说进行了验证。至此,确定了氢气是一种双原子分子组成的单质[4]