氢 H

发现历史

人们注意到一种可燃气体的时间，远早于真正认识它。1671年，罗伯特·玻意耳报告说，把铁屑投入稀酸会放出一种很容易燃烧的气体，但他并没有把它当作一种独立的物质。

决定性的一步发生在 1766年：英国科学家亨利·卡文迪什用金属和酸仔细制备了这种气体，测量了它有多轻，并把它描述为一种独特的“空气”，称之为“可燃空气”。1781年前后，他证明这种气体燃烧后生成水，这一结果帮助推翻了“水是元素”的旧观念。

安托万·拉瓦锡重复了水的实验，并在1783年为这种气体取了现代名称。同年，雅克·夏尔在巴黎放飞了第一只氢气球。1931年，哈罗德·尤里发现了一种更重的氢——氘，这项工作使他获得了1934年诺贝尔化学奖。

名称由来

名称来自希腊语 hydro（水）和 genes（生成），字面意思是“生成水的物质”，呼应了卡文迪什和拉瓦锡发现它燃烧后生成水这一事实。符号 H 就是名称的首字母。中文“氢”取“轻”的音和义，表示它是最轻的气体，“气”字头表明常温下为气态。

主要用途

• 合成氨：哈伯-博施法让氢与氮化合制造化肥，这是氢最大的单一用途。
• 石油炼制：氢能脱除燃料中的硫，并把重油裂解成较轻的产品。
• 化工与食品：它是生产甲醇的原料，也用于植物油的氢化硬化。
• 能源：燃料电池把氢和氧转化为电能，唯一的排放物是水；液氢长期以来也是火箭推进剂。
• 工业：它在大型发电机中用作冷却剂，在金属加工中用作还原性保护气氛。

如今大多数氢由天然气制取；用可再生电力电解水制氢，即所谓“绿氢”，是能源转型的一大目标。

同位素

氢是唯一一种各个同位素都有专名的元素。普通氢 氕（¹H）没有中子，占天然氢的99.98%以上。氘（²H 或 D）带一个中子，同样稳定；大约每6,400个氢原子中有一个是氘。重水（D₂O）在某些核反应堆中用作中子慢化剂，氘代溶剂则是核磁共振波谱的标准溶剂。

氚（³H）有放射性，半衰期约 12.3年。它能让无需电源的安全出口标志和表盘发光，可作为测定地下水年龄的示踪剂，还是未来聚变反应堆中与氘搭配的计划燃料。

日常生活中

每个水分子都含有两个氢原子，按质量计氢约占人体的十分之一。脂肪、糖、蛋白质和DNA中都有氢，而DNA的两条链正是靠氢键结合在一起的。

氢气本身无色、无味，比空气轻得多。它在空气中的可燃浓度范围非常宽，大约为4%到75%，火焰在日光下几乎看不见，因此泄漏必须谨慎处理。1937年的兴登堡号空难终结了充氢载客飞艇的时代。