最轻的气体——氢

十六世纪末，瑞土化学家巴拉采尔斯把铁放在硫酸中，铁片顿时和硫酸发生激烈的化学反应，放出许多气泡——氢气。但直到1783年，氢才被确定为化学元素。

氢气是无色无味的气体。在地壳中，如果按重量计算，氢只占总重量的1％，而如果按原子百分数计算，则占17％——也就是说，在地壳中，一百个原子里有十七个是氢原子！氢在大自然中分布很广，水便是氢的“仓库”——水中含11%的氢；泥土中约有1.5％的氢；石油、天然气、动植物体也含氢。在空气中，氢气倒不多，约占总体积的一千万分之五。

在整个宇宙中，按原子百分数来说，氢却是最多的元素--比氧还多。据研究，在太阳的大气中，按原子百分数计算，氢占81．75％。在字宙空间中，氢原子的数目比其他所有元素原子的总和约大一百倍。

氢气是最轻的气体。在0℃和一个大气压下，每升氢气只有0.09克重--仅相当于同体积空气重量的14.5分之一。这样轻盈的气体，很早便引起人们的注意。1780年，法国化学家布拉克便把氢气灌入猪的膀肮中，制得了世界上第一个、也是最原始的氢气球，它冉冉地飞向高空。现在，人们就是往橡胶薄膜中灌入氢气，大量制造氢气球。节日里放的彩色气球，便灌着氢气。在气象台，人们差不多每天都要放几个气球，探测高空的风云。最近，气球又添了一项新用途--支援农业：利用气球携带干冰、碘化银等药剂升上天空，在云朵中喷撒，进行人工降雨。

氢是元素周期表中的第一号元素，它的原子是l05个元素中最小的一个。由于它又轻又小，跑得最快，．也最会“钻空子”。氢气球灌好后，过了一夜，第二天便常常飞不起来，就是由于在一夜之间，大部分氢气都钻过橡胶薄膜上看不见的细孔，溜之大吉了，因此氢气球必须随灌随用。在高温、高压下，氢气甚至还能穿过很厚的钢板，因此合成氨的反应塔总是用很厚的钢筒来做。氢气的导热能力也特别好，比空气高六倍，有些发电机便用氢气来冷却。除了氦之外,氢气是最难液化的气体，沸点低达-253℃，熔点为一259℃。

氢在空气或氧气中能燃烧，生成水(图12)。因此，它的希腊文原意，便是“水的生成者”。有趣的是，氢气在常温下，化学性质并不活泼，只能与氟直接化合或在紫外线照射下直接与氯气化合，而与氧却很难化合。人们曾做了这样的实验：把氢气和氧气混合放在玻璃瓶中，过了几年，瓶中还没有水迹。据估计，在常温起码要经过一千万年以上，氢气和氧气才会全部化合成水。然而，一遇见火或放进一点铂粉，氢与氧立即会爆炸，在百分之一秒钟内化合成水。这种能发出爆炸声的氢氧混合气，在化学上叫做“爆鸣气”。含氢在9.5％以下与65％以上，点燃时虽也燃烧，但不会发出震耳的爆炸声。

氢气和氧气化合时，放出大量的热。工业上，人们用氢气作气体燃料。著名的“氢氧焰”，温度高达2500℃，可用来焊接或切割钢板。氢气也是重要的工业原料，人们用氢气和氮气作用制成氨，而氨可说是“氮肥之母”，绝大部分氮肥都是用氨作原料制造的。氢气和氯气化合成氯化氢，它溶解于水，便成为重要的强酸--盐酸。许多金属，要用氢气作还原剂来冶炼。许多液态的油，用镍作催化剂，通入氢气，可变成固态，这叫做“油脂氢化”。如鲸油是具有一股臭味的油液，氢化后，成了漂亮的白色固体，没有臭味。在工业上，人们是用水蒸气温过灼热的煤层制取氢气，也可用电解水来制取纯氢。

在大自然中，除了普通的氢以外，还有四种氢的同位素--氘、氚、氢-4和氢-5，它们的原子量分别为2，3，4，5。其中，以氘最重要。普通氢原子的原子核是由一个质子组成的，而氘的原子核除了含一个质子外，还含有一个中子。氘俗称重氢。氘和氧形成的水叫重水。重水的确比水重：一立方米重水比一立方米水重105.6公斤。重水看上去和水差不多，但脾气大不相同：如果你用重水养金鱼，没多久鱼便死去。用重水浸过的种子不会发牙。普通水在100。c沸腾，重水则在l01．42。c才沸腾。在大自然中，重水很少，五十吨普通水中才含有一公斤重水。在原子能工业上，重水是重要的中子减速剂。氢弹，也是用氘作主耍原料。现在，人们用电流来大批大批地电解水，由于重水不会被电解，而普通的水则被电解，变成氢气和氧气从两极逸走。于是重水的浓度随着电解的进行不断提高。最后，把电解液蒸馏一下，便可以得到很纯净的重水。

重水是在1932年才第一次被人们发现的。但是，在短短的四十年间，重水已成了很重要的战略物资。在不久的将来，重水将越发重要，人们称它为“未来的燃料”，因为重水是热核反应的“燃料”--一种在核反应时释放出来的能量异常巨大的好“燃料”，而海水将成为制取重水的取之不尽、用之不竭的原料。图12 氢气在氧气中燃烧生成水