氫氣是壹種極易燃的氣體,在空氣中的體積分數為4%至75%時都能燃燒。氫氣燃燒的焓變為?286 kJ/mol: 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(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%的濃度時與氯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於快速上升,故其造成的危害小於碳氫化合物燃燒的危害。氫氣與所有的氧化性元素單質反應。氫氣在常溫下可自發的和氯氣(需要光照)和氟氣發生劇烈的燃燒反應,生成具有潛在危險性的酸氯化氫或氟化氫。
雖然氫氣在通常狀態下不是非常活潑,但氫氣與絕大多數元素會組成化合物。碳氫化合物已知有數以百萬種,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,在這些化合物中氫的氧化態為+1。氫與氟、氧、氮成鍵時,可生成壹種較強的非***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(如金屬)生成化合物,這時氫的氧化態通常為 -1,這樣的化合物稱為氫化物。
氫氣與碳形成的化合物,由於其與生物的關系,通常被稱為有機物,研究有機物的學科稱為有機化學,而研究有機物在生物中所起的作用的科學稱為生物化學。按某些定義,“有機”只要求含有碳。但大多數含碳的化合物通常都含有氫。這些化合物的獨特性質主要是由碳氫鍵決定的。故有時有機物的定義要求物質含有碳氫鍵。
無機化學中,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,尤以硼烷、鋁配合物和碳硼烷中。
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,由於氫原子通常不含中子,故氫離子通常只含1個質子。這也就是為什麽常將 H+ 直接稱為質子的原因。 H+ 是酸堿理論的重要離子。
裸露的質子 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。除非在等離子態物質中,氫離子不會脫離分子或原子的電子雲。但是,“質子”或“氫離子”這個概念有時也指帶有壹個質子的其他粒子,通常也記做 "H+" 。
為了避免認為溶液中存在孤立的氫離子,壹般在水溶液中將水和氫離子構成的離子稱為水合氫離子(H3O+)。但這也只是壹種理想化的情形。氫離子在水溶液中事實上以類似於 H9O4+ 的形式存在。
盡管在地球上少見,H3+ 離子(質子化分子氫)卻是宇宙中最常見的離子之壹。
氫的同位素
同位素
氫在自然界中存在的同位素有:
氕(piē)(氫1,H)
氘(dāo)(氫2,重氫,D)
氚(chuān)(氫3,超重氫,T)
以人工方法合成的同位素有: 氫4、氫5、氫6、氫7
氘的元素符號為D,氚的元素符號為T。
氕(氫-1)
氕的原子核只有壹個質子,豐度達99.98% ,是構造最簡單的的原子。
氘(氫-2)
氘為氫的壹種穩定形態同位素,也被稱為重氫,元素符號壹般為2H或D。它的原子核由壹顆質子和壹顆中子組成。在大自然的含量約為壹般氫的7000分之壹。氫(H)的同位素,其相對原子質量為普通輕氫的二倍,少量的存在於天然水中,用於核反應,並在化學和生物學的研究工作中作示蹤原子(deuterium)——亦稱“重氫”,元素符號D。
氚(氫-3)
氚,亦稱超重氫,是氫的同位素之壹,元素符號為T或3H。它的原子核由壹顆質子和兩顆中子所組成,並帶有放射性,會發生β衰變,其半衰期為12.43年。自然界中存在極微,從核反應制得。主要用於熱核反應。
氫-4
氫4-是氫的同位素之壹,它包含了質子和三個中子。在實驗室裏,是用氘的原子核來轟炸氚的原子核,來合成壹個氫4的原子核。在這過程中,氚的原子核會從氘的原子核上吸收壹個中子。氫4的質量為4.0279121U,半衰期為9.93696x10-22秒。
氫-4.1
氫-4.1結構上類似氦,它包含了2個質子和2個中子,但因其中壹個電子被渺子,但由於渺子的軌道特殊,軌道非常接近原子核,而最內側的電子軌道與渺子的軌道相較之下在很外側,因此,該渺子可視為原子核的壹部份,所以整個原子可視為:原子核由1個渺子、2個質子和2個中子組成、外側只有壹個電子,因此可以視為壹種氫的同位素,也是壹種奇異原子。壹個渺子重約0.1U,故名氫- 4.1(4.1H)。氫-4.1原子可以與其他元素反應,和行為更像壹個氫原子不是像惰性的氦原子。
氫-5
氫-5是氫的同位素之壹,它的原子核包含了四個中子和壹個質子,在實驗室裏用壹個氚的原子核來轟炸氚,這讓氚吸收兩個氚原子核的質子而形成了氫5。氫5的半衰期非常短,只有8.01930×10-22秒。
氫-6
氫-6是不穩定的氫同位素之壹,它包含了壹個質子和五個中子,半衰期為3×10-22秒。
氫-7
氫-7是不穩定的氫同位素之壹,它包含了壹個質子和六個中子
氫原子的構造
氫原子是氫元素的原子。電中性的原子含有壹個正價的質子與壹個負價的電子,被庫侖定律束縛於原子核內。在大自然中,氫原子是豐度最高的同位素,稱為氫,氫-1 ,或氕[1]。氫原子不含任何中子,別的氫同位素含有壹個或多個中子。這條目主要描述氫-1 。
氫原子擁有壹個質子和壹個電子,是壹個的簡單的二體系統。系統內的作用力只相依於二體之間的距離,是反平方連心力。我們不需要將這反平方連心力二體系統再加理想化,簡單化。描述這系統的(非相對論性的)薛定諤方程式有解析解,也就是說,解答能以有限數量的常見函數來表達。滿足這薛定諤方程式的波函數可以完全地描述電子的量子行為。我們可以這樣說,在量子力學裏,沒有比氫原子問題更簡單,更實用,而又有解析解的問題了。所推演出來的基本物理理論,又可以用簡單的實驗來核對。所以,氫原子問題是個很重要的問題。
薛定諤方程式也可以應用於更復雜的原子與分子。可是,大多時候,沒有解析解,必須要用電腦來計算與模擬,或者,必須做壹些簡化的假設,才能夠求得解析解。
化學性質
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,由於氫原子通常不含中子,故氫離子通常只含1個質子。這也就是為什麽常將 H+ 直接稱為質子的原因。 H+ 是酸堿理論的重要離子。
裸露的質子 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。除非在等離子態物質中,氫離子不會脫離分子或原子的電子雲。但是,“質子”或“氫離子”這個概念有時也指帶有壹個質子的其他粒子,通常也記做 "H+" 。
為了避免認為溶液中存在孤立的氫離子,壹般在水溶液中將水和氫離子構成的離子稱為水合氫離子(H3O+)。但這也只是壹種理想化的情形。氫離子在水溶液中事實上以類似於 H9O4+ 的形式存在。
用途
“質子核磁***振”指的是氫原子核(主要是有機)分子核磁***振觀察。此方法使用質子的自旋,其中有值的壹半。名稱檢驗質子是指發生在氕(氫原子)的化合物,並不意味著自由質子存在的化合物正在研究中。
以上是我對氫膚淺的見解,懇請批評指正