元素周期表系列：第1号元素——氢元素

你知道吗：氢是宇宙中最丰富的元素。它的总质量占所有元素综合的75%之多。不过，宇宙中还可能存在神秘的暗物质，据推测这些暗物质的质量比元素的总和还要多得多。

氢元素是什么样一种元素呢？

博科小答：氢元素在元素周期表中排在第一位。它的结构最简单，中性氢原子由含有1个质子的原子核和1个核外电子组成，是最轻的元素。因为单质形态的氢，即氢气，在空气中燃烧形成水，得名Hydrogen，意为水（hydro）的制造者（genes）。

氢元素有什么化学性质？

博科小答：氢原子只含有一个电子。在水 H₂O、甲烷 CH₄ 等常见化合物中，氢的氧化态为 +1；在与活泼金属形成的某些氢化物中，氢的氧化态为 −1。在地质结构中，氢还以结合水的形式存在于矿物晶体中。^[3][1]

氢元素的单质-氢气如何制备？

博科小答：在实验室中得到氢气的方法之一，是通过活泼金属与酸的置换反应，让氢离子获得电子形成氢气 H₂。1766年，英国化学家卡文迪什收集并研究了这种气体，认识到它不同于其他已知气体。除上述方法外，还可使用电解水的方法，将水分子分解成体积比为2∶1的氢气和氧气。在工业上，也可用水蒸气与炭或甲烷反应制备氢气。^[1]

氢气有怎样的性质？

博科小答：氢气是高度易燃的气体。氢气与空气混合时，常见条件下的可燃体积浓度范围约为4%至75%，遇到点火源可发生燃烧，并可能造成爆炸。由于重量很小以及制取相对容易，氢气曾被用于填充飞艇的气囊提供升力。然而，如此大量使用氢气的危险程度可想而知，后来氢气的作用逐渐被氦气取代。氢气的燃烧热值大，可用做火箭发动机的燃料。在工业上也常用氢气参与各类重要的化学反应。^[2]

氢气有毒吗？

博科小答：氢气通常不被视为有毒气体，但它不能代替氧气；在通风不足的空间中积聚时，能够排挤氧气并造成窒息。它的高度易燃性也是必须重视的危险。^[2]

是点亮天空的元素，也是形成万物的基础

太阳是人类最原始也是最主要的光源，它为地球提供持续的光与能量。太阳和夜空中的绝大多数的星星都是含有大量氢元素的天体。太阳及许多恒星通过核聚变反应，将氢原子核转变为氦原子核，同时释放出大量的光与其他类型的射线。这些能量到达地球后，有部分被远古植物吸收、贮存，成为我们当今使用的化石燃料；有些是为大气循环、海水流动提供动力。构成我们生命体和周围环境的许多较重元素，则与恒星中的核反应及恒星演化有关。

原稿参考资料

1. [美] Theodore Gray. 视觉之旅：神奇的化学元素(彩色典藏版) (Kindle Locations 2770-2789). 人民邮电出版社. Kindle Edition
2. 2[]Wikipedia, Hydrogen
3. 3 百度百科 氢
4. 4孙学军．氢分子生物学：第二军医大学出版社，2013年4月第1版

本次事实校订资料

1. 英国皇家化学会：Hydrogen
2. 美国能源部：Hydrogen Safety, Codes, and Standards
3. OpenStax Chemistry 2e：氧化态规则