关于氢的那些事儿

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇关于氢的那些事儿范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

氢是自然界中拥有“朋友”最多、存在最普遍的元素，据相关保守估计，它构成了宇宙质量的75％。在我们生活的地球上，除空气中含有部分氢气外，其他的都以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。有人推算，如把海水中的氢全部提取出来，其燃烧所产生的总热量比地球上所有化石燃料释放出的热量还大9000倍。但是必须有个前提：提取工艺要走上前沿，即方便实用消耗小，目前这个阶段还是万里长征第一步。下面我们一起走进氢，了解一下它的背景和开发能源之路。

“大爆炸”的那一瞬间，氢就出现了，并且在自然界中度过了漫长的默默无闻的岁月，16世纪末期，瑞士有个叫巴拉采尔斯的化学家，一不小心把碎铁片掉进了硫酸中，瞬间许多气泡像旋风一样腾空而起。可惜年轻的他缺乏经验，没有再深入研’究，错失了功成名就的机会。直到1766年，英国优秀的科学家卡文迪许才发现这些气泡中的物质在空气中可以燃烧生成水，于是含糊地称它为可燃空气。随着科学的发展和思维方式的转变，1787年法国杰出的化学家拉瓦锡最终给这种气体取了一个好听的名字：氢。

虽然每升氢气只有0.09克，但它却“变化多端”：常温常压下为气态，在超低温高压下又可成为液态，若将压力增大到数百个大气压，液氢就可变为固态氢。不仅“形态”有三变，在所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，因此可谓是最好的传热载体之一。

氢毫不吝啬地奉献自己造福人类，除了核燃料就数它的发热值最高。氢气火焰的温度可高达2500℃，只要与空气轻微的亲密接触(3％－97％范围内)，遇见火花就熊熊燃烧了。与其他燃料相比，氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，而且氢循环使用性好，燃烧反应生成的水可用来制备氢。

氢的利用价值这么大，人类当然不会熟视无睹。既然司空见惯的水中有它的影子，那就从水开始抽丝剥离吧。

很少有人能够想到，氢和氧在水中“结合”得异常牢固，想把它们分开，要花费很大的力气。例如，必须加热到二、三千摄氏度的高温，才能把水分解成氢气和氧气。可惜的是。如果通过这样的方式收集到氢，不仅要消耗很多的能量，而且还要有相应的耐高温、耐高压设备。为了避开这个技术难点，人类主要还是利用天然气、煤炭和石油产品作为原料来制取氢气。但是利用这些化石原料依然需要高温和各种各样的催化剂，所以算不上是一种有前途的制氢技术。

随着科学家不断地研究，他们发现太阳也能帮大忙了――在水中放入催化剂，阳光照射，催化剂便能激发光化学反应，把水分解成氢和氧。在这一过程中最困难的就是找到那些可靠稳定的催化剂了。现在找到的二氧化钛和某些含钌的化合物，就是较适用的光水解催化剂，但还不能满足实际应用。一旦更有效的催化剂问世，水中取“火”――制氢就成为可能。那时，只要在汽车、飞机等油箱中装满水，再加入光水解催化剂，阳光照射下，水便不断地分解出氢，成为发动机的能源。

用氢作为燃料，不仅干净，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。

当化学家们在黑暗中摸索前进时，生物学家们却寻觅到了新思路。他们发现了不少能够产氢的细菌，一类是化能异养菌，一类是光合自养菌。已知产氢的化能异养菌有30多种，能够发酵糖类、醇类、有机酸等有机物，吸收其中的一部分化学能来满足生命活动的需要，同时把另一部分能量以氢气的形式释放出来。

光合自养菌比化能异养菌更有能耐，它们不需要消耗有机营养物，而且能像绿色植物那样吸收太阳光，把简单的无机物合成有机物以满足自身的需要，同时放出氢气。太阳光取之不尽，无机物到处都是，所以用光合自养菌产氢大有前途。至今，已经发现约13种紫色硫细菌和紫色非硫细菌可以产生氢气。据悉，美国宇航部门准备把一种光合细菌――红螺菌带到太空中去，用它放出氢气作为能源供航天器使用。除了细菌，生物学家还发现，绿藻在无氧条件下被太阳光照射时，也可以施放氢气，甚至某些高等植物也是光合放氢的好材料。

于是，爱琢磨的科研者提出想法，从植物身上取出叶绿体，使之成为“生产氢气的工厂”。第一台叶绿体制氢装置于1973年在美国问世，问题是天然的叶绿体寿命太短，需要寻找延长它们工作寿命的办法。

还有些科学家提出培育“氢树”的设想。他们认为，如果让植物的光合作用保留在分解水的阶段，使氢不与二氧化碳起作用，而直接从植物体内分离出来，那么，一棵棵的“氢树”就可以直接给我们提供纯净的氢气了。

然而，这些都是充满幻想的“未来史”，只能丰富人们的精神世界了。下面还是用氢做点实际的工作吧。

每逢节假日，我们总会看到五颜六色、大大小小的气球高高地浮在空中，翩翩起舞――这可都是氢气的功劳啊。不过人们发现，如果氢气泄漏，加上外界摩擦引起静电会发生爆燃，造成灼伤。为什么会被灼伤呢?我们知道燃烧的前提是易燃气体达到一定的浓度，如果装在气球中，氢气浓度就比较高，但燃烧时间不会很长，因为气球破裂后氢气发散得非常快，很快就全部烧完了，因此不会发生持久性烧伤，大部分是瞬间的高温灼伤。所以现在填充气球渐渐不用氢气，用氦气取代了。

不过，最让氢值得“骄傲”的是它很早就涉足航空领域了，那可是人类飞跃地球的伟大梦想。

早在第二次世界大战期间，氢即用作A-2火箭发动机的液体推进剂。1960年液氢首次用作航天动力燃料。1970年美国发射的“阿波罗”登月飞船使用的起飞火箭也是用液氢作燃料。再加上我们的神州系列飞船，氢已是火箭领域的常用燃料了。

对航天飞机而言，减轻燃料自重，增加有效载荷变得更为重要。因为氢的能量密度很高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍――意味着燃料的自重可减轻2/3，这对航天飞机无疑是极为有利的。

氢存储方式有物理方式和化学方式两种。物理方式有两种：一是液态氢法，此法的能量密度最大，其困难是：保持液态氢容器处于253℃以下是一项难度极大的绝热保温技术：二是以高压方式(2000～3000kPa)储存于金属容器中，即高压气瓶法，此法的能量密度小，贮氢量少。

目前研究最热的是金属“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收”氢气的金属美其名曰“储氢合金”。储氢合金都是固体，需要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来，因此是一种简便易行的理想储氢方法，主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金。科学家们正在研究一种“固态氢”的宇宙飞船。固态氢既作为飞船的结构材料，又可以作为动力燃料。在飞行期间，飞船上所有的非重要零件都可以转作能源“消耗掉”，这样飞船在宇宙中就能飞行更长的时间。