最輕的氣體——氫
氫是元素周期表中的第一號元素,它的原子是元素中最小的一個。由於它又輕又小,所以跑得最快,如果人們讓每種元素的原子進行一場別開生麵的賽跑運動會,那麼冠軍非氫原子莫屬。
氫氣是最輕的氣體,在0℃和一個大氣壓下,每升氫氣隻有0.09克,它的“體重”還不到空氣的1/14,它的這種特點,很早就引起了人們的興趣。1780年,法國一名化學家便把氫氣充入豬的膀胱中,製成了世界上第一個、也是最原始的氫氣球,它冉冉地飛向了高空。現在,人們是在橡膠薄膜中充人氫氣,大量製造氫氣球。
在地球上和地球大氣中隻存在極稀少的遊離氫。在地殼中,如果按重量計算,氫隻占總重量的1%,而如果按原子百分數計算,則占17%。氫在自然界中分布很廣,水便是氫的“倉庫”——水中含11%的氫;泥土中約有1.5%的氫;石油、天然氣、動植物體中也含氫。在空氣中,氫氣倒不多,約占總體積的1/2000000。在整個宇宙中,按原子百分數來說,氫卻是最多的元素。據研究,在太陽的大氣中,按原子百分數計算,氫占81.75%。在宇宙空間中,氫原子的數目比其他所有元素原子的總和約大100倍。
氫是重要的工業原料,如合成氨和甲醇,也用來提煉石油,氫化有機物質作為收縮氣體,用在氧氫焰熔接器和火箭燃料中。在高溫下用氫將金屬氧化物還原以製取金屬較之其他方法,產品的性質更易控製,同時金屬的純度也更高,廣泛用於鎢、鉬、鈷、鐵等金屬粉末和鍺、矽的生產。
由於氫氣很輕,人們利用它來製作氫氣球(注意:目前出於安全考慮,一般用氦氣作為原料製造氫氣球)。氫氣與氧氣化合時,能放出大量的熱,被用來切割金屬。
利用氫的同位素氘和氚的原子核聚變時產生的能量能生產殺傷性和破壞性極強的氫彈,其威力比原子彈大得多。
現在,氫氣還作為一種可替代性的、未來的清潔能源,用於汽車等的燃料。為此,美國於2002年還提出了“國家氫動力計劃”,但是由於技術還不成熟,還沒有進行大批的工業化應用。2003年,科學家發現使用氫燃料會使大氣層中的氫增加約4~8倍,認為可能會讓同溫層的上端更冷、雲層更多,還會加劇臭氧洞的擴大。但是一些因素也可抵消這種影響,如使用氯氟甲烷的減少、土壤的吸收,以及燃料電池新技術的開發等。
氫是由英國化學家卡文迪許在1766年發現的,稱之為可燃空氣,並證明它在空氣中燃燒生成水。1787年,法國化學家拉瓦錫證明氫是一種單質並命名。在地球上氫主要以化合態存在於水和有機物中,有3種同位素:氕、氘、氚。
1.不用汽油的汽車
你們見過不用汽油的汽車嗎?
也許大家會問:汽車怎麼會不用汽油呢?
原來,科學家們發現汽油燃燒會對環境造成汙染,就設想用另一種燃料來代替汽油。科學家們經過多次實驗,終於發現氫氣可以代替汽油。用氫氣作燃料有許多優點,首先是幹淨衛生,氫氣燃燒後的產物是水,不會汙染環境,其次是氫氣在燃燒時比汽油的發熱量高。
在1965年,外國的科學家們就已設計出了能在馬路上行駛的氫能汽車。我國也在1980年成功地造出了第一輛氫能汽車,可乘坐12人,貯存氫材料90千克。氫能汽車行駛路程遠,使用的壽命長,最大的優點是不汙染環境。
2.氣球的妙用
10月1日國慶節,舉國歡慶。首都天安門前,五顏六色、大大小小的氣球高高地浮在空中,迎風飄揚,翩翩起舞,十分好看,人們都說這是“白天的焰火”。
除了歡度節日,增加愉快的氣氛之外,氣球還有沒有其他的用處呢?
科學家很早就給我們做出了回答。
在人類漫長的曆史中,經受了無數次的洪水、幹旱、地震等自然災害。古時候人們都十分迷信,認為這些都是因為自己做錯了什麼事觸怒了上天,所以上天降下災禍。隨著科學的發展,人們逐漸認識到並沒有什麼天神,這些都是自然現象,而且可以對它們進行預測。
在東漢時,我國人民就能預測地震,但對於洪水,卻一直無能為力。洪水一來就要淹沒村莊,毀壞農田,有時甚至會危害人類。怎麼才能對付洪水呢?科學家研究發現,洪水是由長時間下暴雨造成的,暴雨又是從雨雲中降下的。這樣,隻要能觀測到雲層的厚度和水分,就可以預報天氣,人們在聽到暴雨來臨的消息後就會做好預防措施,這樣就減輕了洪水帶來的危害。
可是,雲朵都飄浮在高空,人類又沒有翅膀,飛不到那樣的高度,怎麼辦呢?
在化學家發現了氫氣後,這個問題一下子解決了。人們造了好多個氫氣球,讓它們帶上觀測設備,這樣,人們不用上天,就可以知道天空中雲層的變化,從而做出準確的天氣預報。