氫氣是世界上已知的密度最小的氣體,在0 ℃、一個標準大氣壓下氫氣的密度為0.0899 g/L。所以我們說它輕若鴻毛,為什么又說它重若泰山呢?且看下文。
最早把氫氣收集起來,并對它的性質仔細加以研究的是卡文迪許(H.Cavendish,1731-1810)。1766年卡文迪許向英國皇家學會提交了一篇研究報告《人造空氣實驗》講了他用鐵、鋅等與稀硫酸、稀鹽酸等酸作用制得“易燃空氣”(即氫氣),他還發現氫氣與空氣混合后點燃會發生爆炸;又發現氫氣與氧氣化合生成水。拉瓦錫(A.L.Lavoisier,1743—1794)根據這一性質命名為 “hydrogen”(“生成水的物質”之意)。19 世紀50 年代英國醫生合信(B.Hobson,1816-1873)編寫《博物新編》時,把“hydrogen”翻譯為“輕氣”,意為最輕氣體。
正是因為氫氣的密度很小,所以它可作為氣球的填充氣體。但是由于氫氣具有可燃性,所以安全性不高。那么會有什么安全隱患呢?我們可以做一個實驗:取一個底部鉆有小孔的紙杯(或塑料杯等),用紙團堵住小孔,用向下排空氣法或排水法收集滿氫氣,把發生裝置移開,取下紙團,用燃著的木條在小孔處引燃氫氣,剛點燃時氫氣在小孔處燃燒,過一會兒突然聽到“砰”的一聲響,紙杯被高高炸起。實驗測定,氫氣在空氣中的體積濃度在4.0%-75.6%時,遇明火、日光或火花會爆炸,近年來關于氫氣球爆炸致人員傷亡的新聞在互聯網上頻頻出現。比較安全的“氫氣球”常用氮氣或氦氣做填充氣。
不過,你也不要害怕氫氣,純凈的氫氣燃燒時是十分“溫順”的。在帶尖嘴的導管口點燃純凈的氫氣,可以觀察到氫氣安靜地燃燒,產生淡藍色的火焰(氫氣在玻璃導管口燃燒時,火焰常略帶黃色),用燒杯罩在火焰的上方時,燒杯壁上出現小液滴,氫氣與氧氣反應會生成了水并放出大量的熱。我們在點燃氫氣前,一定要檢驗氫氣的純度:用排水法收集一試管氫氣樣品,用拇指堵住,靠近火焰,移開拇指點火,若聽到尖銳的爆鳴聲,說明氫氣不純;若只有“撲”的一聲才表明氫氣純凈。
氫氣燃燒的產物只有水,對環境不產生任何污染。而且熱值高,熱值高居各種常見燃料之冠,每千克氫氣燃燒后放出的熱量約為汽油的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍,所以氫氣是最理想的清潔能源。但是,由于氫氣易氣化、著火、爆炸,因此如何妥善解決氫能的貯存和運輸問題也就成為開發氫能的關鍵。氫能被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源,現世界各國對以氫氣為新型能源的研究頗為重視。
除此之外,氫氣也是最重要的工業氣體和特種氣體,在石油化工、電子工業、冶金工業、食品加工、浮法玻璃、精細有機合成、航空航天等方面有著廣泛的應用。
本作品為“科普中國-科學原理一點通”原創 轉載時務請注明出處
更多精彩內容,敬請關注科學原理一點通官方微信公眾平臺(ID:kxylydt)