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M51内的氢气

氢气是无色并且密度比空气小的气体在各种气体中氢气的密度较小。标准状况下1升氢气的质量是0.0899克相同体积比空气轻得多。因为氢气难溶于水所以可以用排水集气法收集氢气。另外在101千帕压强下温度-252.87 ℃时氢气可转变成无色的液体-259.1 ℃时变成雪状固体。常温下氢气的性质很稳定不容易跟其它物质发生化学反应。但当条件改变时如点燃、加热、使用催化剂等情况就不同了。如氢气被钯或铂等金属吸附后具有较强的活性特别是被钯吸附。金属钯对氢气的吸附作用较强。当空气中的体积分数为4%-75%时遇到火源可引起爆炸。

氢气是无色的气体标准状况下密度是0.09克/升(较轻的气体)难溶于水。在-252 ℃,变成无色液体,-259 ℃时变为雪花状固体。

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1766年卡文迪许向英国学会提交了一篇研究报告《人造空气实验》讲了他用铁、锌等与稀硫酸、稀盐酸作用制得“易燃空气”即氢气并用普利斯特里发明的排水集气法把它收集起来进行研究。他发现的某种金属分别与足量的各种酸作用所产生的这种气体的量是固定的与酸的种类、浓度都无关。他还发现氢气与空气混合后点燃会发生爆炸又发现氢气与氧气化合生成水从而认识到这种气体和其它已知的各种气体都不同。但是由于他是燃素说的虔诚信徒按照他的理解这种气体燃烧起来这么猛烈富含燃素硫磺燃烧后成为硫酸那么硫酸中是没有燃素的而按照燃素说金属也是含燃素的。所以他认为这种气体是从金属中分解出来的而不是来自酸中。他设想金属在酸中溶解时“它们所含的燃素便释放出来形成了这种可燃空气”。他甚至曾一度设想氢气就是燃素这种推测很快就得以当时的一些化学家舍勒、基尔万（KirwanR.1735-1812）等的赞同。由于把氢气充到气球中气球便会徐徐上升这种现象当时曾被一些燃素学说的信奉者们用来作为他们“论证”燃素具有负重量的根据。但卡文迪许究竟是一位非凡的科学家后来他弄清楚了气球在空气中所受浮力问题通过研究证明氢气是有重量的只是比空气轻很多。他是这样做实验的先把金属和装有酸的烧瓶称重然后将金属投入酸中用排水集气法收集氢气并测体积再称量反应后烧瓶及内装物的总量。这样他确定了氢气的比重只是空气的9%.但这些化学家仍不肯轻易放弃旧说鉴于氢气燃烧后会产生水于是他们改说氢气是燃素和水的化合物。

氢气常温下性质稳定在点燃或加热的条件下能多跟许多物质发生化学反应。

①可燃性可在氧气中燃烧2H₂+O₂=点燃=2H₂O化合反应

(点燃不纯的氢气要发生爆炸,点燃氢气前验纯)

H₂+Cl₂=点燃或光照=2HCl化合反应

②还原性(使某些金属氧化物还原)

H₂+CuO=△=Cu+H₂O置换反应

3H₂+Fe₂O₃=高温=2Fe+3H₂O置换反应

3H₂+WO₃=△=W+3H₂O置换反应

含有氢元素的二元化合物称为氢化物。“氢化物”一词暗含氢显负价且其氧化态为-1的意思。氢负离子记做H-其存在是1916年由吉尔伯特·路易斯预言的。1920年Moers用电解氢化锂在阳极产生氢气从而证明了氢化物的存在。对于非IA或IIA族的元素形成的氢化物“氢化物”一词并不准确因为氢的电负性并不高。IA族碱金属的氢化物中有一个例外即高聚物氢化锂。氢化铝锂中4个氢原子紧靠铝原子。虽然氢可与几乎所有的主族元素形成氢化物但这些氢化物的原子配比却并不单一例如二元的PW已发现100多种但氢化铝只有一种。二元氢化铟还未被发现但它存在于更大的配合物中。

氢气是一种极易燃的气体在空气中的体积分数为4%至75%时都能燃烧。氢气燃烧的焓变为−286 kJ/mol

2 H₂(g) + O₂(g) → 2 H₂O(l); ΔH = -572 kJ/mol

氢气占4%至74%的浓度时与空气混合或占5%至95%的浓度时与lv气混合时是极易爆炸的气体在热、日光或火花的刺激下易引爆。氢气的着火点为500 °C。纯净的氢气与氧气的混合物燃烧时放出紫外线。

因为氢气比空气轻所以氢气的火焰倾向于快速上升故其造成的危害小于碳氢化合物燃烧的危害。氢气与所有的氧化性元素单质反应。氢气在常温下可自发的和lv气需要光照反应 氢气和氟气在冷暗处混合就可爆炸生成具有潜在危险性的酸氯化氢或氟化氢。

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