最轻的氢

1.008

氢

hydrogen

原子序数：1

类型：非金属

沸点：-253 ℃（-423 ℉）

颜色：无色

发现时间：1766年

熔点：-259 ℃（-434 ℉）

氢原子只包含一个质子和一个核外电子。氢是宇宙大爆炸后最早形成的元素之一，且是宇宙中含量最丰富的元素。尽管它一直在无数恒星中燃烧，并核聚变反应形成氦，但它仍然占可探测宇宙质量的75%以上，并在化合物中占有最高的比例。

氢气是一种轻质、无色且高度易燃的气体，它常与氧化合成水的形式（水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的），大量存在于地球上。氢原子在水分子间形成的弱键使水具有相对较高的沸点，允许它以液体形式存在于地球的大气层中。大多数物质的固态密度比液态密度更大，但是在低温条件下，水分子中的氢键会断裂，与氧原子形成一种晶格结构的晶体。这种晶格结构中存在很多缝隙，使得冰比水轻，这就是冰山能够漂浮在水面的原因。

只由氢和碳两种元素组成的碳氢化合物，包括化石燃料（例如煤、石油和天然气），是我们生活所需的能源。如果没有氢，我们也无法获得太阳内部持续核聚变而产生的光和热。

16世纪的医学家帕拉切尔苏斯，是第一个观察到金属与强酸混合时会产生易燃气体的人。1671年，罗伯特·波义耳在铁屑与盐酸（一种由氢和氯组成的化合物）混合的实验中，也观察到了同样的现象。在将近一个世纪后的1766年，亨利·卡文迪什意识到这种气体是由一种单独的元素组成的，他当时称其为“燃素气体”。1781年，当发现这种气体燃烧会生成水时，卡文迪什则将与其结合生成水的氧气称为“脱燃素气体”。1783年，著名的法国化学家安东尼·拉瓦锡给氢取了现在的名字，它来自于希腊语“水的制造者”。

燃素说的消亡

燃素说，在现代已经消亡。这种学说推断，所有的可燃物体都包含一种类似于火的元素（命名自古希腊语“火焰”），也就是这种学说误导了卡文迪什。燃素说认为，含有燃素的物质在燃烧时会失去燃素，当发现一些金属在燃烧时质量增加而不是减少时，燃素说出现了第一个漏洞。拉瓦锡用密闭容器的可定量实验证明了燃烧需要一种气体（氧气），由此证明了燃素说是错误的。

因为氢气非常轻，所以大多数人在空气中没有发现它的单质（总的来说是飘走了，逃离了大气层）。氢气比氧气或氮气轻得多，这也是为什么它是第一种被用来填充气球的气体。氢气也被应用于飞艇，飞艇相当于具有刚性结构的气球。不幸的是，由于1937年载满乘客的“兴登堡号”（LZ 129）飞艇的意外撞击事件，终结了20世纪早期的齐柏林公司的飞艇旅行。

美国的国家航空航天局的火箭也使用了氢气，比如通过液态氢气和纯氧的燃烧来发动航天飞机引擎。在交通方面，氢气可以替代化石燃料，成为未来的清洁能源；或者直接以氢气为原料做成燃料电池，其副产物只有水蒸气。

虽然使用氢气作为燃料能够给我们带来很多益处，但在实际操作和使用中仍有很多问题需要克服，例如：大量存储这种高度易燃的物质非常危险；从碳氢化合物中提炼氢气的过程，会产生很多温室气体；若通过电解水的方式来产生氢气，电解需要的电力大多会借助化石燃料来获得，可能得不偿失。

氢气还有许多其他的用途，比如生产氨肥，合成环己烷、甲醇（甲醇应用于塑料生产和医药）等，以及制造人造黄油、玻璃和硅片等产品。