下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
人类从原始社会开始就是逐水草而居。没有水人类不能生存。
在很长一个时期里，人们把水看作是一个单一的、不可再分的、组成万物的“元素”。公元前3世纪古希腊著名的哲学家亚里士多德提出水、火、土、气四元素说。最早出现在我国春秋末年的《尚书》中的五行：金、木、水、火、土。其中也有水。
到了18世纪，氢气和氧气被发现后才使人们逐渐认识水。氧气是在1771-1774年先后被瑞典化学家舍勒和英国化学家普利斯特里制得。氢气是在1776年被英国化学家卡文迪许发现的。
1776年，普利斯特里将氢气通入封闭的含有空气的球形瓶内燃烧。火焰熄灭后，发现整个瓶内好像充满了分散得很细的白色粉末物质，像是白色的雾，而留在瓶内的空气变得完全有害了。法国化学家马凯在得知这一情况后决定进行实验，检验氢气燃烧后产生的究竟是粉末，还是雾。他将一白色瓷碟放置在平静燃烧的氢气火焰上，没有发现任何一般火焰燃烧后留下的炭黑，而是清澈湿润的小水珠，他确定这是真正的水。
1778年，马凯又将氢气预先通过氯化钙干燥后燃烧，以免误认为形成的水是由于氢气中含有的水蒸气的凝结。结果得到的水在0℃时结冰，100℃时沸腾，无色，无嗅，无味。
1783年，法国化学家拉瓦锡仍以怀疑的心理进行了水的合成和分解的实验。他在后来发表的论文中说：如果水真是氢气和氧气的化合物，必须进行实验。他设计了合成水的实验装置。
1783年11月12日，拉瓦锡在法国科学院召开的会议上宣布：水不是一种元素，而是由氧气和氢气组成的化合物。
后来又有很对人进行了同样的实验，再也结论相同。水是氢气和氧气的化合物，再也没有怀疑了。不少人进行了水的质量组成分析。1786年拉瓦锡得出的氢与氧的质量比是1：
6.61；1791年法国化学家富克鲁瓦和沃克兰共同得出1：6.17；1803年英国化学家、原子论创立者道尔顿得出1：5.66；1842年法国化学家杜马得出2：15.96。
由于19世纪上半叶科学家对原子和分子的概念说法不一，原子量和分子量的测定各异，使得水的分子式写成HO、H 2 O 4 等等各式各样。直到19世纪60年代，水的分子式才逐渐被统一确定H 2 O。
卡文迪许研究水的合成
17-18世纪，在欧洲的科学家中，出身于中产阶级的为数不少。当时没有专门的科研机构，科学家很多是业余的。他们根据自己的爱好作一些科学研究，器材、药品都得花自己的钱。这就要求科学家不仅具备有一定的经济条件，更需要一颗奉献给科学的心。卡文迪许恰好具备了这一切。许多人都说，卡文迪许是18世纪英国有学问人中最富者，有钱人中最有学问者。
卡文迪许从事可燃空气（H 2 ）和脱燃素空气（O 2 ）合成水的实验，最初只是作为普里斯特利和瓦尔泰尔初步研究工作的继续。通过实验，他发现这两种气体在一个密闭的铜或玻璃容器中爆炸时，并非像瓦尔泰尔所设想那样有重量的减少。根据应用不同混合物的实验结果，他得出结论：“当可燃空气与普通空气以适当的比例进行爆炸，几乎所有的可燃空气和差不多1/5的普通空气失掉它们的弹性，凝结成露珠排在玻璃上。”
为了更好地考察露珠的性质，他把两种气体一起燃烧，燃烧过的空气通过8英尺长的管，使之凝结成露珠。用这种方法，玻璃管中凝结出135喱以上的无臭无味的水，把它蒸发到干没有看见什么沉积物剩下，蒸发时也没有发生任何气味。“一句话，它简直就是纯水。”
卡文迪许重复普里斯特利的实验，他用电火花引着可燃空气和脱燃素空气于“一个能容8800喱量的玻璃球，装有黄铜塞和用电引火的装置。把这个球用抽气机抽空，然后用可燃空气和脱燃素空气充满其中，充满的方法是：关上塞，塞口上安上一个弯玻璃管，把玻璃管另一端通到倒置在水面的玻璃瓶中，玻璃瓶中盛有19500喱量的脱燃素空气和37000喱量的可燃空气的混合物。所以，当打开塞时，一些混合空气冲出通过玻璃管，充满了整个球”。他在脚注中说明，弯管的另一端用一块蜡封上，“升到水面以上，（蜡）就被擦掉”。气体含有水汽，他没打算弄干它们，虽然卡文迪许以前用过干管。
卡文迪许在球中连续进行几次爆炸，可燃空气和脱燃素空气的体积比是2．02：1，这与空气的实验基本符合，在球中大约收集了30喱水，但发现“水味道特别酸，把水用固定碱饱和，蒸发后产生大约2喱硝石，所以它由水以及少量亚硝酸组成”。他发现如用过量的脱燃素空气，生成的酸就多一些，但如用过量可燃空气，就没有酸生成，可燃空气与普通空气一起爆炸也没有酸生成。
顺便提一下，卡文迪许本人在1766年已经假定可燃空气是纯粹燃素。卡文迪许认为：
脱燃素空气=水-φ
可燃空气=水+φ
这样一来，生成的水就假定是预先存在在两种气体中，爆炸的原因是由于燃素的重新分配。
他这样解释：普通空气或脱燃素空气在常温下就能和亚硝空气（NO）化合，而NO又是硝酸和燃素的化合物；因为（在水存在下）有硝酸生成，所以脱燃素空气可以从硝酸与燃素的化合物中把燃素抽出来。但是，可燃空气（除非到赤热）不和脱燃素空气发生作用，所以，如果可燃空气就是自由燃素，那就很难解释这事。
卡文迪许认为“水是由可燃空气和脱燃素空气化合而成”，他研究水的组成的发现，对日后化学家们探索其他物质的奥秘产生了深远的影响。
氢气是英国化学家卡文迪许在研究水的组成时发现的。
在卡文迪许之前，许多人曾制取过氢气，但是并没有认真研究它。
卡文迪许用稀硫酸或稀盐酸与金属锌或铁作用获得氢气，发现它点火即燃，不溶于水和碱，比普通空气轻11倍，与已知的其它气体都不一样，从而断定它是一种新的气体。他还发现，一定量的金属与稀酸作用所放出的氢气的多少，与酸的种类、浓度无关，而随金属不同而相异。
卡文迪许当时信奉燃素说，曾认为氢气就是燃素。恰好，当时的许多燃素说信徒都猜测燃素具有负重量。充满氢气的气球徐徐升空，曾使燃素论信徒受到鼓舞，他们的猜测似乎有了证明。然而细心的卡文迪许在弄清了空气的浮力原理后，以精确的实验测出氢气确有重量，从而否定了燃素具有负重量的观点。尽管他是信奉燃素说的，但是他更尊重科学实验的事实。
从而真正揭开了氢气的神秘面纱。
1967年6月17日，在我国新疆罗布泊地区的核试验场，随着一声惊天动地的巨响，我国第一颗氢弹爆炸成功。
氢弹的巨大威力，来源于原子核的反应所产生的能量。原子能有两种来源，一种是用中子轰击一个较重的原子核，使它分裂成两个或两个以上的中等质量的原子核，并同时释放出大量的能量，这种原子核反应叫做核裂变；另一种是把两个或两个以上质量很小的原子核，聚合成另一个或几个原子核，这叫做核聚变，可以产生比核袈变更大的能量。氢弹正是利用了核聚变的原理。
核聚变的原料主要是氕、氘和氚。每1000克海水中含有0.034克氘，通过核聚变反应，产生的热量相当于300升汽油燃烧时释放的能量。由此可以想到，氢弹具有这么大的威力，也就不足为奇了。
氢弹是一种杀伤力很大的核武器，但是它所作的只能是破坏，而如果能把核聚变和平地加以利用，由于核聚变能够产生出极大的能量，而氘、氚等氢的同位素存在于海水中，则江洋大海里有23.4万亿吨氘，足够人类使用几十亿年。
氢弹的核聚变是不受人们控制的，因此，在一瞬间就可以释放出全部的能量，而我们要和平利用核聚变能量，就要想办法实现受控核聚变，也就是通过控制，把能量逐渐地释放出来。
目前，这一研究还处于实验室阶段。要使氢产生聚变，需要使氢核有极高的密度和温度，这样的条件在太阳上是具备的，太阳巨大的质量能够产生强大的引力场，能把自己的中心压缩到极高的密度和温度，从而“点燃”聚变反应。怎样在实验室里达到核聚变的条件呢？科学家们想到了激光，利用激光可以做到这一点。先把聚变材料做成小丸，用几千到几万瓦的大功率激光器从四面八方对准小丸中心发射激光，在极短的时间内，由于光压作用，使小丸直径压缩了20多倍，其密度大于10000克／立方厘米。小丸被强激光照射后，表面材料迅速气化，气化材料以每秒几千米的速度向四面八方飞射出去，它们的反作用就诱使小丸发生自心爆炸，结果使小丸心受到10亿至1000亿个大气压，从而把小丸引爆，这就引起了核聚变。
1991年11月9日，欧洲科学家在英国首次成功地进行了实验室里的受控热核聚变反应实验，从而揭开了核聚变能量和平利用的序幕。目前，我国受控核聚变的研究在整体上已经达到了国际先进水平。
展望未来，受控核聚变的利用前景无疑是一片光明。但是，在研究的道路上还会有许多曲折，据专家估计，受控核聚变能量真正能够投人到实际应用中，还需要至少50年的时间。
我们知道，煤被称为“工业的粮食”，石油则被称做“工业的血液”，作为世界上最重要的两大燃料，煤和石油一起构成了整个现代社会的主体。但是，地球上煤和石油的毕竟是有限的。按照现在的开采速度，石油再开采几十年就将枯竭。煤的储量较大，但也只够支撑二百多年。那么，在未来，人类能源的出路在哪里？答案在各种新能源的开发里。而这其中，氢，宇宙中最轻也是最简单的元素，将成为未来能源世界的主角。
氢是化学世界里最简单的元素，它的原子核内只有一个质子。但是不要小看氢，它是未来最理想的能源。氢是组成水的元素之一，我们地球上的水是丰富的，因此，氢是取之不尽，用之不竭的。氢气燃烧后惟一的产物是水，与现在所使用的煤、石油等化石燃料所排放的大量污染物所带来的问题相比，使用氢能不会造成环境污染问题。氢作为能源，单位质量下放出的热量比煤、石油和天然气大得多，1克氢燃烧能释放出142Kj的热量，这相当于汽油发热量的3倍呢！
以氢作为燃料的想法，早在19世纪就有了。1839年，英国律师格罗夫爵士受到电解水的启发（用电将水分解成氢气和氧气），提出将氢和氧这两种原子结合起来，应该能够发出电来。不但如此，格罗夫还制造出了可以工作的氢燃料电池，但由于煤和石油等价格低廉的化石燃料的大规模使用，格罗夫的发明只能束之高阁。但人们仍然看出了氢作为燃料的实用前景，19世纪的法国作家凡尔纳在他的小说《神秘岛》中就说过水有一天会被当做燃料使用，而组成它的氢和氧，不论单独或一块使用，都会提供取之不尽、用之不竭的热和光，其强度是煤不能够相比的。”
20世纪后期，由于化石燃料的大量消耗和环境污染问题的日益突出，人们把目光投向了煤和石油以外的能源品种，力求寻找到能够在未来替代它们的新能源。氡能所具有的诸多优点，使得它日益引起人们的关注。一些发达国家正大力投资进行氢能源在制取和应用等方面的研究。
目前，世界上氢的年产量为3600万吨，但是大部分是从石油、煤和天然气中制取实际上还是在消耗化石燃料，而直接利用水来制取氢气大约只占4%。这是因为水电解制氢气需要消耗太多的电能，在经济上很不合算。要想大规模使用氢能，首先要降低电解水制造氢的成本。怎样才能生产出价格低廉的氢呢？科学家们想到了太阳能，太阳能也是取之不尽的，如果能够找到合适的方法，使得水在光照条件下的分解速度大大加快，不就可以获得太量的廉价氢能源了吗？目前，光分解水制造氢气的研究已经有了一段历史，也取得了一定的成果，但是还有许多问题尚待解决。由于水的来源极为丰富，一旦在水分解制取氢上有所突破，人类将能够一劳永逸地解决能源的问题。
除了在氢能源制取方面的进展外，在其应用方面，也取得了许多重要的成果。完全没有污染的氢能源汽车已经开发成功并投入使用，只要氢能源的制取成本降低到可接受的程度，氢能源汽车完全可以取代燃烧汽油的汽车。可以想像，在未来，驾驶一辆没有任何刺鼻气味和烟雾、轻便高效的氢能源汽车，将是一件多么惬意的事情。
我国民间曾传说，夜晚在荒郊野外会出现鬼火，西方也有ignis fatuus这一相应的词，译成“鬼火”。一般认为这是人和动物的尸体在水下和土中腐烂后产生的磷化氢气体燃烧所发出的光。
早在1783年，一位法国不知名人士吉根伯将磷与氢氧化钾或氢氧化钠共煮后放出一种气体，在空气中自燃，称它为“可燃的磷气”。不久，1786年英国皇家学会会员柯万，用同样方法获得同一气体。称它为“对肝有影响的磷空气”，认为这是“磷的气体状态”。1793年英国医生彼尔森将水作用于磷化钙，也获得这一气体。而在1790年，法国化学家B.彼尔蒂埃通过加热亚磷酸（H3PO 3 ）实验，获得一种气体，在空气中不自燃。于是出现了两种“磷空气”。法国化学家泰纳尔研究后确定，这是两种不同的磷与氢的化合物。1826年法国化学家杜马分析确定不自燃的气体分子组成是PH3，自燃的气体分子组成是PH 2 或P2H 4 。这可能就是鬼火。
磷与氢氧化钾或氢氧化钠共热获得的是PH3，其反应式为：
4P+3KOH+3H 2 O—→PH3↑+3KH 2 PO 2
纯净的PH3在空气中的着火点是150℃，不自燃，由于在反应中产生的气体内含有少量P2H 4 ，在带温时自动燃烧。
磷化钙与水作用后产生的也是PH3，反应式为：
Ca3P2+6H 2 O—→Ca（OH）2+2PH3↑
磷化钙是通过在密闭的容器中将生石灰与磷加热制得：
16P+24CaO—→5Ca3P2+3Ca3（PO 4 ）2
PH3是无色气体，有似大蒜的臭味；P2H 4 是无色液体，是制备PH3过程中的副产物。
1835年，法国化学家勒弗里埃还发现一种固体磷的氢化物，波兰研究磷化合物专家斯托克确定它的组成P12H 6 ，还有人发现P9H 2 、P2H3等不同分子组成的磷的氢化物。
砷是磷的同族元素，其氢化物与PH3对应的是AsH3，这是瑞典化学家谢勒在1775年发现的。SbH3是德国化学家蒲法夫和英国化学家L.汤普森分别在1837和1841年制得的。
所有这些都是有毒的，AsH3是最强的无机毒物之一。1815年德国药物化学家盖伦在进行砷化氢实验中中毒死亡，留在有关文献中。由于砷存在于许多酸和金属内，用这些酸和金属制取的氢气中必含有AsH3。这种氢气不可吸入体内。
不论西方还是我国古代小说里都有利用砒霜（As4O6）毒杀人的谋害案件。1837年英国化学家马许创造一种检验方法。砒霜在酸溶液中用锌还原会生成砷化氢：
As4O6+12Zn+24HCl—→4AsH3↑+12ZnCl 2 +6H 2 O
砷化氢与酸以及水都不仟用，受热就分解成单质砷：
4AsH3—→As4+6H 2 ↑
若将生成的砷化氢通过一细管口点燃燃烧，在火焰上覆盖冷瓷片，就会有一层分解出来的砷沉积着，很容易辨认。这种方法的灵敏度很高，据说可检出0.0001毫克的砷。它不仅适用于检出一般无机化合物中含有的砷，也可以检测人体和其他生物体中的砷。
与磷、砷、锑同族的氮的氢化物NH 3 ，一些人认为它是氢化物，也有一些人认为它是氮化物，应写成H 3 N，但也有人认为水（H 2 O）是氧的氢化物。不过还是根据元素的电负性判断为好。氮的电负性比氢大，氧的电负性也比氢大，因此NH 3 和H 2 O都不归为氢化物。磷、砷、锑、铋的电负性都比氢小，因而它们与氢的化合物就归入氢化物了。它们的氢化物往往文不称为氢化磷、氢化砷等等，而称为磷化氢、砷化氢等等。
同样，硅烷SinH 2 n+2也不同于碳烷CnH 2 n+n。它们可以归为氢化物。硅的电负性小于氢，而碳的电负性大于氢。
早在1857年，德国化学家武勒制取硅的氢化物，他将硅和镁在坩埚中加热制得硅化镁（Mg 2 Si），然后使硅化镁与盐酸作用，生成氰化镁和多种硅烷妁混合气体。穆瓦桑在1902年制得乙硅烷（Si 2 H 6 ）。
在碳烷系列化合物出现后，化学家们就预料到硅烷的出现。可是硅烷与碳烷不同，它在空气中会自燃，因而制备和研究它都很困难。
20世纪初，斯托克创遣出一种由玻璃制作的封闭的真空设备，他利用分馏技术，分出离SiH 4 、Si 2 H 6 、Si 3 H 8 、Si 4 H 10 。和一些较高的氢化物，迸行研究后得出结论，它们都比含相同数目碳原子的碳烷具有较高的化学活动性。
不过，与碳烷相比，硅烷系列是相当有限的，而现在还不知道有双键或三键的与烯烃或炔烃相类似的硅氨化含物。
斯托克还研究了硼的氢化合物。硼的氢化物是在1879年首先由英国化学家琼斯制得，是用硼化镁与缶盐酸反应生成。发现惰性气体的英国化学家拉姆赛将反应中生成的硼氢化合物气体用液态空气冷凝，分析证明是混合物。最简单的硼氢化合物是B 2 H 6 ，而BH 3 只是按2BH 3 ===B 2 H 6 平衡状态存在。
氢不仅能与非金属结合形成氢化物，也能与金属搏合成氢化物。法国化学家穆瓦桑和斯米尔首先制得金属氢化物氢化锂（LiH），它是由金属在氢气流中加热至赤热后形成。随后，他们用同样的方法制得氢化钠（NaH）和氢化钾（KI）。这些氢化物与磷等非金属氢化物不同，后者是共价型氢化物，前者是离子盐型氢化物，类似盐。
20世纪30 年代，美国生产了多种金属氢化物，用于各种用途。例如锆的氢化物用于照相机闪光灯泡中，钙的氢化物用于气象气球中，钛的氢化物用于汞炉中。
化学家们发现，氢化物在形成时释放热，分解时吸收热，可用来作为能源。20世纪70年代美国伊利诺斯州阿尔贡（Argonne）国家实验室的工程挟术人员设计一套室内空气调节装置，就选用LaNi 5 PI 6 这一易化合和分解的氢化物，他们将它分别放置在两个封闭体系中，利用太阳能使一封闭体系中的LaNi 5 PI 6 分解，产生氢气，循环使用。
20世纪40年代初，一些金属氢化物被用来提取铀。铀是原子能的“燃料”，它使金属氢化物又与原子能联系起来。这是利用氢化钙（CaH 2 ）能使从铀矿中提取得的氧化铂还原为金属铀的原理，反应式为：
UO 2 +2CaH 2 —→U+2CaO+2H 2 ↑