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氢气

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氢气

中文名称:
氢气
CAS号:
1333-74-0
英文名称:
Hydrogen
MF:
H2
MW:
2.02
EINECS:
215-605-7
Mol File:
1333-74-0.mol

氢气 性质

熔点 
−259.2 °C(lit.)
沸点 
−252.8 °C(lit.)
密度 
0.0899
蒸气密度
0.07 (21 °C, vs air)
蒸气压
Critical temperature is - 239.9 °C; noncondensible above this temperature
闪点 
<-150°C
酸度系数(pKa)
35(at 25℃)
形态
colorless gas
气味 (Odor)
Odorless gas
爆炸极限值(explosive limit)
74.2%
水溶解性 
0.00017 g/100 mL
Merck 
13,4813
稳定性
Stable. Highly flammable. Readily forms explosive mixtures with air. Upper (U.K.) composition limit for use of a nitrogen/hydrogen mixture in the open lab is 5.7% hydrogen.
CAS 数据库
1333-74-0(CAS DataBase Reference)
NIST化学物质信息
Hydrogen(1333-74-0)
EPA化学物质信息
Hydrogen (1333-74-0)
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氢气 用途与合成方法

简介

氢是一种化学元素,在元素周期表中位于第一位。氢通常的单质形态是氢气。它是无色无味无臭,极易燃烧的由双原子分子组成的气体,氢气是最轻的气体。 氢是原子序数为1的化学元素,化学符号为H,在元素周期表中位于第一位。

氢气

氢气是什么

氢气(H2),自然界中最小的分子,最轻的气体,在我们的生活中具有非常重要的作用,对人体的多种疾病具有显著的预防和治疗效果,是一种重要的工业原料,是最具发展前景的清洁能源。
氢气
氢气(hydrogen),化学式为H2,是一种双原子气体分子,由两个氢原子通过共用一对电子构成。氢气是自然界中最小的分子,最轻的气体,密度只有空气的十四分之一。氢气在我们的生活中占据非常重要的地位,由于氢气可以选择性地清除羟基自由基(∙OH)和过氧亚硝基阴离子(ONOO−),同时又不影响其他具有生理功能的活性氧物质,可以将氢气应用于医学领域,氢气已被证实对众多的疾病具有显著的预防和治疗效果。氢气是一种重要的工业原料,可以用于合成氨、甲醇、醛等一些重要的化合物;也可以用作还原剂,还原烯烃、醛、酮等不饱和键,特别是在手性催化剂的存在下进行的不对称氢化,广泛应用于天然产物和药物的合成中。与此同时,氢气作为一种可再生的清洁能源受到人们越来越多的关注。

氢气的发现史

早在16世纪,瑞士医生帕拉赛斯(Paracelsus)将铁屑与酸放在一起得到一种会燃烧的气体,这个气体就是氢气,但由于当时他没有对其做进一步的研究,错失了在化学元素发现史上留名的机会。到17世纪,比利时的科学家海尔蒙特(Helmont)在偶然间也接触过氢气,却没有将它分离并收集起来研究。虽然英国的化学家波义尔也曾经偶然收集过这种气体,但也未对其进行研究。真正抓住机会的是英国化学家卡文迪许(Cavendish)。1766年,卡文迪许在一次实验中,不小心将铁片掉进了盐酸溶液中,发现溶液中产生了许多气泡,这种现象立即引起了卡文迪许的极大兴趣。他通过排水法将该气体收集起来并进行了仔细研究,发现该气体与空气混合后遇火星会爆炸,在空气中燃烧后会生成水等一系列实验结果。由于卡文迪许第一个将氢气收集起来并进行了研究,因此成为了化学元素发现史上氢气的公认发现者。然而,由于受到燃素论的影响,卡文迪许一度认为这种气体是一种燃素。直到1787年,法国化学家拉瓦锡(Lavoisier)正式提出氢是一种元素,由于氢气燃烧后生成水,所以把这种易燃气体命名为“氢”,意思是水的生成者。

可燃性

氢气具有可燃性。在点燃或加热的条件下,氢气很容易和多种物质发生化学反应。纯净的氢气在点燃时,可安静燃烧,发出淡蓝色火焰,放出热量,有水生成。若在火焰上罩一干冷的烧杯,可以烧杯壁上见到水珠。氢气在发生燃烧的浓度范围为4-74%,低于或超过这个浓度,即使在高压下也不会燃烧或爆炸。在氧气环境中,氢气的燃烧浓度范围4-94%。当氧气浓度低于4%时,即使在非常高的压力条件下,氢气和氧气的混合气都不会燃烧。人们利用氢气的这个特点把氢气用于潜水作业,也可以利用氢气这些特点设计安全呼吸氢气的设备。

氢气具有还原性和氧化性

氢气具有还原性。氢气的化学性质活泼,与氧发生化合反应生成水,容易发生燃烧和爆炸。可燃性也是氢气具有还原性的体现,是氢气还原氧气的性质所决定的。氢气不但能跟氧单质反应,也能跟某些化合物里的氧发生反应。例如:将氢气通过灼热的氧化铜,可得到红色的金属铜,同时有水生成。在这个反应里,氢气夺取了氧化铜中的氧,生成了水;氧化铜失去了氧,被还原成红色的铜,证明,氢气具有还原性,是很好的还原剂,氢气还可以还原其它一些金属氧化物,如三氧化钨、四氧化三铁、氧化铅和氧化锌等。
尽管氢气具有还原性,不等于氢气在溶液中或生物体内也具有同样的性质,例如氢气和氧气发生燃烧需要氢气的浓度为4%以上,燃点为400℃。在人体环境下,氢气即使在纯氢的环境下,溶解浓度也只有1.8%,而由于机体温度只有37℃,这种条件距离氢气和氧气发生反应的条件非常远,因此氢气和氧气在人体内无法发生反应。这正是长期以来人们把氢气作为生理学惰性气体的重要原因。
氢气不仅具有还原性,也具有氧化性。氢气是由氢原子共价形成的双原子分子,而每个氢原子可以分别获得一个电子形成负氢离子,这种情况见于和强还原性金属发生反应,其作用类似于氯气,在这类反应中氢气属于氧化剂,可以氧化金属为金属离子。严格意义上讲,氢气和金属反应的产物为氢化物,这种物质的特点是具有强还原性,非常容易与水发生反应释放大量氢气。

应用

氢气可用作气体燃料,石油精炼,制造油脂、硬化油等人造奶油,甲醇、盐酸、氨等的合成,焊接和金属的切割,气象观测,玻璃的融化,冶金工业,冷却剂(液氢),半导体制造用平衡气、蚀刻气、标准气、零点气、校正气、热氧化、多晶硅、钨化、离子注入、载流、烧结等。

使用限量

适度为限,在最后成品中应不残存。

化学性质 

无色、无臭、无味、无毒的可燃气体。

用途 

航天工业用作高能推进剂

用途 

用于制造盐酸、合成氨,金属切割、焊接、提取金属、提纯半导体材料等

用途 

用作合成氨、合成甲醇、合成盐酸的原料,冶金用还原剂,石油炼制中加氢脱硫剂等

用途 

用于大规模集成电路及电子器件中的稀释气、运载气和反应气,还可用于贵金属的冶炼和金属氧化物的还原

用途 

用于气相色谱载气、氢火焰检测器的燃烧瓶、电子管、半导体材料、集成电路等

用途 

用于石油炼制和石油化工的各种工艺过程。化学工业中用作合成氨、聚氯乙烯、辛醇、油脂硬化、过氧化氢等产品的原料。冶金工业中用于金属切割,焊接的氢氧焰,有色金属钨、钼、钛等的生产,高纯氢气在加工中还用作还原气和保护气。电子工业中,高纯氢气用于电子材料、半导体材料和器件、集成电路以及电真空器件的生产。随着液氢生产的发展,在宇航、火箭事业上的应用也越来越广。

用途 

GB 2760-96列为食品工业加工助荆。如用于油脂氢化等。

生产方法 

一般在食盐电解时,于阴极上产生氢气,经水洗、压缩、碱洗、冷冻、干燥而成,纯度可达99.8%。

生产方法 

目前,工业上制氢的方法有电解水法、电解食盐水制氢氧化钠副产氢气法及矿物燃料(天然气、石油等)转化制氢法。
电解法
电解食盐水溶液制烧碱副产法电解食盐(氯化钠)水溶液时,在阳极上产生氯气,在阴极上产生氢气,经水洗、压缩碱洗、冷冻、干燥,制得纯度99.8%氢气。其
NaCl+H2O[电解]→0.5Cl2+0.5H2+NaOH
阳极反应Cl-→0.5Cl2↑+e
阴极反应H2O+e→OH-+0.5H2↑
水电解法将一定电压的直流电通以水电解池,水就发生分解。在阳极上析出氧,阴极上析出氢气。矿物燃料转化制氢法 由各种矿物燃料——天然气、石油及其制品、煤制氢,其过程具有很大的相似性。它的基本过程是:烃类的蒸气转化——包括天然气、轻油等的蒸气转化;部分氧化法——原油、重油等液体原料的部分氧化;煤的气化。

类别

有害气体

急性毒性

仅有窒息性毒性评论

爆炸物危险特性

与空气混合易爆

可燃性危险特性

易燃; 火场释放水蒸汽

储运特性

库房通风低温干燥; 与氧化剂分开存放

灭火剂

雾状水、二氧化碳、泡沫

安全信息

危险品标志 
F+
危险类别码 
12
安全说明 
9-16-33
危险品运输编号 
UN 1950 2.1
WGK Germany 
-
RTECS号
MW8900000
4.5-31
自燃温度
500 to 590 °C
DOT Classification
2.1 (Flammable gas)
HazardClass 
2.1
毒害物质数据
1333-74-0(Hazardous Substances Data)
毒性
TLV-TWA (ACGIH) None established; simple asphyxiant

MSDS

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