氢在哪里

氢遍布整个宇宙，是宇宙中含量最多的元素，约占宇宙所有物质的75%。在宇宙空间中，氢原子的数目约是其他所有元素原子总和的100倍。宇宙空间中的氢主要为原子态氢。

在太阳系中各个天体的氢含量与其质量密切相关。天体质量越大，引力越大，对氢元素起到的吸附作用越强，氢含量越丰富。若以地球的质量基数为1，那么太阳系各天体的质量和氢含量如下：

330 000（92%） _太阳 ＞318（90%） _木星 ＞95（90%） _土星 ＞17（80%） _海王星 ＞15（80%） _天王星 ＞1（17%） _地球 ＞0.82 _金星 ＞0.11 _火星 ＞0.06 _水星 （详见图1-16)。

太阳的质量是地球的33万倍，太阳占据了太阳系中绝大多数的氢，太阳光球中氢的丰度为2.5×10 ¹⁰ （以硅的丰度为10 ⁶ 计），是硅的25 000倍（Kuroda，1983年），是太阳光球中含量最丰富的元素。据计算，氢占太阳及其行星原子总量的92%，占原子质量的74%（卡梅伦，1968年）。太阳是一个熊熊燃烧的氢球，它无时无刻不在发生氢核聚变发光发热。在氢核聚变反应中，4个氢原子通过三步反应最终生成1个氦—4原子，同时放出大量的能量（见图1-17）。

太阳的氢核聚变反应过程十分复杂，可用简单的反应式概括如下 ^[1] ：

除太阳之外，木星、土星、天王星和海王星四颗气态行星上面的氢含量相对丰富，特别是木星和土星，其大气的主要成分是氢气，占比90%以上，单看大气层的话，实际木星和土星的氢元素与宇宙中氢的平均含量差不多。与木星和土星相比较，天王星和海王星的氢含量低一些，约占80%。而太阳系中的四颗岩质行星水星、金星、地球、火星由于质量不足，吸附氢气的能力有限，氢气含量十分稀少。地球的氢含量只有0.76%，绝大部分以化合物的状态存在。

太阳系中的四大气态行星：木星、土星、天王星和海王星的大气层中，主要为气态氢。天王星和海王星的大气中还含有微量甲烷，因此其大气呈现美丽的蓝色。在行星内部，氢的存在形式则完全不同，在木星和土星内部，由于超强的引力作用，其内部压力可达百兆帕，氢为金属态。由于木星和土星的内部温度都高达几万开尔文，因此推测氢的形式为液态金属氢。在海王星和天王星内部，则是高温高压下水、甲烷、氨等有机物构成的冰海洋，即以化合物形式的氢存在。木星和海王星上氢的分布情况如图1-18所示。

在地球上，氢的质量所占比例大概不到地球所有物质质量的1%，但地球上的万物生长却离不开氢。自然界中氢主要以化合物形式存在。首先是我们最熟悉、生命赖以生存的水，就是氢的“巨大仓库”（见图1-19）。1个水分子含有两个氢原子，水中含11%的氢。地球上的海洋覆盖面积达71%，海洋的总体积约为1.37×10 ⁹ km ³ ，若把其中的氢提炼出来，约有1.4×10 ⁷ t，所产生的热量是地球上矿物燃料的9 000倍。

日常使用的煤炭、石油、天然气等有机物含有丰富的氢，而且，氢含量越高，燃烧释放的能量越多，排放的二氧化碳越少。因此，从能源角度看，未来的终极高效能源一定是氢气（见图1-20）。我们平时摄入的营养物质，包括碳水化合物、脂肪、蛋白质等也含有丰富的氢。同样，氢含量越高，能给我们提供的能量越多。

包括我们人类在内的所有生物的组成也都离不开氢，生物体的共同物质基础是蛋白质和核酸，而在蛋白质和核酸中，最重要的元素除了碳就是氢，氢可谓是“生命元素”。美国得克萨斯州的一位生物学家乔·汉森（Joe Hanson）博士计算得到刚出生时的人体化学分子式：Co ₁ Mo ₃ Se ₄ Cr ₇ F ₁₃ Mn ₁₃ I ₁₄ Cu ₇₆ Zn _{2 110} Fe _{2 680} Si _{38 600} Mg _{40 000} Cl _{127 000} K _{177 000} Na _{183 000} S _{206 000} P _{1 020 000} Ca _{1 500 000} N _{6 430 000} C _{85 700 000} O _{132 000 000} H _{375 000 000} ，如图1-21所示。“人体分子”包含约3.75亿个氢原子，氢是人体中含量“最多”的元素。

在动物体内，除了化合态的氢，还存在游离态的氢。约150年前，人们就发现肠菌可通过食物发酵产生氢气。日本学者做过一个非常有趣的实验，测试对比了高寿老人和普通老人呼出气体中的氢含量，发现高寿老人呼出气体中的氢含量普遍较高，得出结论：肠道发酵产生的氢气可能影响人类寿命（见图1-22）。

氢无处不在。宇宙起源于氢，生命离不开氢，随着科学技术的发展，氢也将在人类社会的各个方面发挥着积极的作用。

[1] 其中： ¹ H为氕核， ² H为氘核， ³ He为氦—3， ⁴ He为氦—4，e ⁺ 为正电子，ν为中微子，γ为光子。 vbNuPxIvRPG3B9ogtrm95bGsv1+iX/2QPS0MA6P4bD5pCUN9k7N8oFlqlCn4odRA