物理 [元素周期表] 氢
氢 (Hydrogen)
基本信息
元素符号: H
原子序数: 1
原子量: 1.008 (约为1)
位置: 位于元素周期表第一周期，第IA族（但性质独特，不属于碱金属）。
电子构型: 1s¹
原子结构
最简单的原子: 氢原子是结构最简单的原子，由一个质子和一个电子组成。
同位素: 氢有三种天然同位素。
氕 (Protium), ¹H: 最常见，约占99.98%，原子核只有一个质子，无中子。
氘 (Deuterium), ²H 或 D: 又称“重氢”，原子核有一个质子和一个中子。是核磁共振（NMR）和重水（D₂O）的组成部分。
氚 (Tritium), ³H 或 T: 具有放射性，原子核有一个质子和两个中子。半衰期约为12.3年，用于核聚变研究和自发光标志。
物理性质
状态: 在标准条件下，是无色、无味、无臭的双原子气体（H₂）。
密度: 最轻的气体，密度远小于空气。
熔点和沸点: 极低（熔点: -259.16°C；沸点: -252.87°C），仅次于氦。
溶解性: 难溶于水。
形态: 在极高压力下（如木星、土星内部），可呈现为液态甚至金属氢，具有超导特性。
化学性质
反应性: 氢气本身相对稳定，但高度易燃，与氧化剂反应剧烈。
常见的化学反应:
与氧气反应:
2H₂ + O₂ → 2H₂O(燃烧或爆炸)，生成水并释放大量热。与卤素反应: 如
H₂ + Cl₂ → 2HCl，生成氯化氢。还原性: 在高温下能还原许多金属氧化物，如
CuO + H₂ → Cu + H₂O。加成反应（氢化）: 与不饱和有机化合物（如烯烃、炔烃）加成，是工业生产中的重要反应，例如将植物油氢化制成人造黄油。
存在与制备
自然界存在:
极少以游离态（H₂）存在。
主要以化合态存在，最广泛的是水 (H₂O)。
存在于几乎所有有机化合物（如石油、天然气、动植物体）中。
是宇宙中最丰富的元素，约占宇宙总质量的75%。
实验室制法:
金属（如锌、铁）与稀酸（如盐酸、硫酸）反应:
Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑
工业制法:
天然气蒸汽重整: 最主要的方法。使甲烷与水蒸气在高温和催化剂作用下反应:
CH₄ + H₂O → CO + 3H₂水电解: 利用电能将水分解为氢气和氧气:
2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑。如果电力来自可再生能源，此法则生产“绿氢”。其他: 煤的气化、石油炼制的副产物等。
主要用途
化工原料: 最大的用途是合成氨 (Haber-Bosch法)，用于制造化肥。其次是生产甲醇，以及用于石油精炼中的加氢裂化、加氢脱硫过程。
氢化反应: 用于食品工业（制人造黄油）、精细化工和制药业。
燃料电池: 与氧气反应发电，产物只有水，是清洁能源技术的核心。
还原剂: 在冶金、电子工业中用于制备高纯金属。
冷却剂: 由于其高比热容和导热性，常用于发电厂的大型发电机冷却。
航空航天: 液氢是火箭推进剂的主要燃料（如航天飞机的主发动机）。
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