1最輕的氣體－氫

1、最輕的氣體氫氫是元素周期表中的第一號(hào)元素，它的原子是個(gè)元素中最小的一個(gè)。由于它又輕又小，所以跑得最快，如果人們讓每種元素的原子進(jìn)行一場(chǎng)別開(kāi)生面的賽跑運(yùn)動(dòng)，那么冠軍非氫原子莫屬。氫氣是最輕的氣體，它的“體重”還不到空氣的十四分之一，它的這種特點(diǎn)，很早就引起了人們的興趣。在年時(shí)，法國(guó)一名化學(xué)家便把氫氣充入豬的膀胱中，制成了世界上第一個(gè)、也是最原始的氫氣球，它冉冉地飛向了高空?，F(xiàn)在，人們是在橡膠薄膜中充入氫氣，大量制造氫氣球。早在十六世紀(jì)，瑞士的一名醫(yī)生就發(fā)現(xiàn)了氫氣。他說(shuō)：“把鐵屑投到硫酸里，就會(huì)產(chǎn)生氣泡，像旋風(fēng)一樣騰空而起?！彼€發(fā)現(xiàn)這種氣體可以燃燒。然而他是一位著名的醫(yī)生，病人很多，沒(méi)有時(shí)間去做

2、進(jìn)一步的研究。十七世紀(jì)時(shí)又有一位醫(yī)生發(fā)現(xiàn)了氫氣。那時(shí)人們的智慧被一種虛假的理論所蒙弊，認(rèn)為不管什么氣體都不能單獨(dú)存在，既不能收集，也不能進(jìn)行測(cè)量。這位醫(yī)生認(rèn)為氫氣與空氣沒(méi)有什么不同，很快就放棄了研究。最先把氫氣收集起來(lái)并進(jìn)行認(rèn)真研究的是英國(guó)的一位化學(xué)家卡文迪什?？ㄎ牡鲜卜浅Ｏ矚g化學(xué)實(shí)驗(yàn)，有一次實(shí)驗(yàn)中，他不小心把一個(gè)鐵片掉進(jìn)了鹽酸中，他正在為自己的粗心而懊惱時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)鹽酸溶液中有氣泡產(chǎn)生，這個(gè)情景一下子吸引了他，剛才的氣惱心情全沒(méi)了。他在努力地思考：這種氣泡是從哪兒來(lái)的呢？它原本是鐵片中的呢，還是存在于鹽酸中呢？他又做了幾次實(shí)驗(yàn)，把一定量的鋅和鐵投到充足的鹽酸和稀硫酸中（每次用的硫酸和鹽酸的質(zhì)量

3、是不同的），發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的氣體量是固定不變的。這說(shuō)明這種新的氣體的產(chǎn)生與所用酸的種類(lèi)沒(méi)有關(guān)系，與酸的濃度也沒(méi)有關(guān)系?？ㄎ牡鲜灿门潘ㄊ占诵職怏w，他發(fā)現(xiàn)這種氣體不能幫助蠟燭的燃燒，也不能幫助動(dòng)物的呼吸，如果把它和空氣混合在一起，一遇火星就會(huì)爆炸?？ㄎ牡鲜彩且晃皇终J(rèn)真的化學(xué)家，他經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)終于發(fā)現(xiàn)了這種新氣體與普遍空氣混合后發(fā)生爆炸的極限。他在論文中寫(xiě)道：如果這種可燃性氣體的含量在9.5以下或以上，點(diǎn)火時(shí)雖然會(huì)燃燒，但不會(huì)發(fā)出震耳的爆炸聲。隨后不久他測(cè)出了這種氣體的比重，接著又發(fā)現(xiàn)這種氣體燃燒后的產(chǎn)物是水，無(wú)疑這種氣體就是氫氣了。卡文迪什的研究已經(jīng)比較細(xì)致，他只需對(duì)外界宣布他發(fā)現(xiàn)了一種氫元素并

4、給它起一個(gè)名稱(chēng)就行了，真理的大門(mén)就要向他敞開(kāi)了，幸運(yùn)之神就要向他微笑了。但卡文迪什受了虛假的“燃素說(shuō)”的欺騙，堅(jiān)持認(rèn)為水是一種元素，不承認(rèn)自己無(wú)意中發(fā)現(xiàn)了一種新元素，真是非?？上А：髞?lái)拉瓦錫聽(tīng)到了這件事，他重復(fù)了卡文迪什的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為水不是一種元素而是氫和氧的化合物。在年，他正式提出“氫”是一種元素，因?yàn)闅淙紵蟮漠a(chǎn)物是水，便用拉丁文把它命名為“水的生成者”。你們見(jiàn)過(guò)不用汽油的汽車(chē)嗎？也許你們會(huì)問(wèn)：汽車(chē)怎么會(huì)不用汽油呢？原來(lái)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)汽油燃燒后會(huì)放出二氧化碳，這樣下去會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。就設(shè)想用另一種燃料來(lái)代替汽油，科學(xué)家們經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)氫氣可以代替汽油。用氫氣作燃料有許多優(yōu)點(diǎn)，首先是

5、干凈衛(wèi)生，氫氣燃燒后的產(chǎn)物是水，不會(huì)污染環(huán)境，其次是氫氣在燃燒時(shí)比汽油的發(fā)熱量高。在年，外國(guó)的科學(xué)家們就已設(shè)計(jì)出了能在馬路上行駛的氫能汽車(chē)。我國(guó)也在年成功地造出了第一輛氫能汽車(chē)，可乘坐人，貯存氫材料公斤。氫能汽車(chē)行車(chē)路遠(yuǎn)，使用的壽命長(zhǎng)，最大的優(yōu)點(diǎn)是不污染環(huán)境?？諝庵泻泻芏鄽怏w，有氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、水蒸氣等，卻很少含有氫氣，這是什么原因呢？原來(lái)氫原子是各種原子中最輕最小的一個(gè)，由于它又輕又小，所以跑起來(lái)速度最快，它是原子中的“跑步冠軍”。一個(gè)在星球上運(yùn)動(dòng)的物體，如果它的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到一定值，那么它就可以擺脫這個(gè)星球的引力而跑到太空中去，這個(gè)速度叫做逃逸速度。地球上的逃逸速度大約是公里秒。氫原

6、子速度很快，大于這個(gè)逃逸速度，因此氫氣都跑到了太空中，所以地球的大氣中，幾乎沒(méi)有氫氣。十月一日國(guó)慶節(jié)，舉國(guó)歡慶。首都天安門(mén)前，五顏六色、大大小小的氣球高高地浮在空中，迎風(fēng)飄揚(yáng)，翩翩起舞，十分好看，人們都說(shuō)這是“白天的焰火”。除了歡度節(jié)日，增加愉快的氣氛之外，氣球還有沒(méi)有其他的用處呢？科學(xué)家很早就給我們做出了回答。在人類(lèi)漫長(zhǎng)的歷史中，經(jīng)受了無(wú)數(shù)次的洪水、干旱、地震等自然災(zāi)害。古時(shí)候人們都十分迷信，認(rèn)為這些都是因?yàn)樽约鹤鲥e(cuò)了什么事觸怒了上天，所以上天降下災(zāi)禍。隨著科學(xué)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到并沒(méi)有什么天神，這些都是自然現(xiàn)象，而且可以對(duì)它們進(jìn)行預(yù)測(cè)。在東漢時(shí)我國(guó)人民就能預(yù)測(cè)地震，但對(duì)于洪水，卻一直無(wú)能

7、為力。洪水一來(lái)就要淹沒(méi)村莊，毀壞農(nóng)田，有時(shí)甚至?xí)：θ祟?lèi)。怎么才能對(duì)付洪水呢？科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，洪水是由長(zhǎng)時(shí)間下暴雨造成的，暴雨又是從雨云中降下的。這樣，只要能觀(guān)測(cè)到云層的厚度和水分，就可以預(yù)報(bào)天氣，人們?cè)诼?tīng)到暴雨來(lái)臨的消息后就會(huì)做好預(yù)防措施。這樣就減輕了洪水帶來(lái)的危害?？墒?，云朵都飄浮在高空，人類(lèi)又沒(méi)有翅膀，飛不到那樣的高度，怎么辦呢？在化學(xué)家發(fā)現(xiàn)了氫氣后，這個(gè)問(wèn)題一下子解決了。人們?cè)炝撕枚鄠€(gè)氫氣球，讓它們帶上觀(guān)測(cè)設(shè)備，這樣，人們不用上天，就可以知道天空中云層的變化，從而做出準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)。最近一段時(shí)間，氣球又有了一種新用途，利用它攜帶干冰、碘化銀等藥劑升上天空，在云朵中噴撒，可以進(jìn)行人工降雨

8、。前面介紹的是普通的氫，它的原子量是，它還有兩個(gè)“能干”的大“哥哥”氘（音刀）和氚（音川）它們的原子量分別是和。人們有時(shí)候也把它們稱(chēng)為“重氫”和“超重氫”，它們與氧結(jié)合生成的水分別叫重水和超重水。水在地球上的總重大約是億億噸，其中重水還不到萬(wàn)分之二。為了得到一公斤重水就要消耗掉萬(wàn)度電和一百?lài)嵥?，這比砂里淘金花的代價(jià)要大得多，因而重水的價(jià)格要比金子貴。大自然中的重水非常少，而超重水就更加少了，在寬廣無(wú)際的大海里，連十億分之一也找不到，只有靠人工的方法去制造。一般是把金屬鋰放在原子反應(yīng)堆中，在中子的轟擊下，使鋰轉(zhuǎn)變?yōu)殡?，然后與氧化合生成超重水。制造一公斤超重水要消耗近十噸的原子能量，而且生產(chǎn)很慢，

9、一個(gè)工廠(chǎng)一年也不過(guò)制造幾十公斤超重水，所以超重水的價(jià)格比重水還要貴上萬(wàn)倍，比金子要貴幾十萬(wàn)倍。表面看來(lái)，重水和一般的水沒(méi)有什么兩樣。但脾氣卻大不一樣，如果你用重水養(yǎng)金魚(yú)，沒(méi)多久魚(yú)便死了，用重水浸過(guò)的種子不會(huì)發(fā)芽。重水的“個(gè)頭”也比水大，一立方米重水比一立方米普通的水要重.公斤。普通的水在零度時(shí)結(jié)冰，在時(shí)沸騰；而重水在.時(shí)就變成了冰，人們把它叫做“熱冰”。雖然重水和超重水生產(chǎn)起來(lái)要花費(fèi)很大代價(jià)，但人們還是在不斷地制造著他們。這是什么緣故呢？原來(lái)它們對(duì)人類(lèi)也有很多好處。先說(shuō)起重水，它有放射性，利用它的這個(gè)特性，科學(xué)家可以研究某些生物或化學(xué)過(guò)程的進(jìn)展情況。比如讓病人喝一點(diǎn)含有極少量超重水的茶，半小時(shí)

10、后，就可以從尿中檢查出放射性，一直到天以后，放射性才消失，這說(shuō)明水分在人體中停留的時(shí)間是天。如果要研究某種化學(xué)過(guò)程中水的來(lái)龍去脈，但又不許加人別的東西來(lái)破壞化學(xué)反應(yīng)，這時(shí)就可以在普通水中加入一些超重水，超重水流到哪兒，哪兒就出現(xiàn)放射性?？茖W(xué)家很容易用探測(cè)器測(cè)量出它的藏身之處。重水是原子能工業(yè)中的重要角色，它是原子反應(yīng)堆最好的減速劑和載熱劑，用了它之后，就可以大大降低原子燃料的成分。重水還是重要的國(guó)防原料，氫彈就是用它來(lái)制造的，重氫在極高溫度下會(huì)產(chǎn)生原子核的聚合反應(yīng)，發(fā)生強(qiáng)烈的爆炸，它的能量相當(dāng)于幾千萬(wàn)噸烈性炸藥。一個(gè)普通的氫彈就能輕而易舉地炸毀一座城市。如果把它爆炸時(shí)放出能量全部轉(zhuǎn)換成電能，人

11、類(lèi)幾十年也用不完！在十八世紀(jì)八十年代初，歐洲出現(xiàn)了熱氣球，人們用它已經(jīng)把雞、鴨、羊等動(dòng)物送上了天空?？墒?，人們對(duì)它還是心存恐懼，沒(méi)有人愿意乘氣球離開(kāi)地面。年，法國(guó)國(guó)王在科學(xué)界的一致要求下批準(zhǔn)了用氣球送人上天的計(jì)劃，但要送的卻是兩個(gè)死刑犯。這個(gè)消息被一個(gè)勇敢的青年知道后，他想第一次上天是一項(xiàng)流芳百世的壯舉，怎么能把這個(gè)千載難逢的機(jī)遇讓給死刑犯呢？于是他找了一個(gè)跟他一樣不怕死的青年，向國(guó)王請(qǐng)求讓他們替下死刑犯，國(guó)王被他們的勇敢打動(dòng)了，準(zhǔn)許了他們的要求。在年月日，這兩個(gè)青年乘上熱氣球，成功地進(jìn)行了第一次用氣球載人飛行，他倆頓時(shí)成了新聞人物，人們?cè)诮诸^巷議中紛紛把他倆稱(chēng)作“飛人”。第二年，他們又計(jì)劃乘氣球飛越英吉利海峽。這時(shí)人們已經(jīng)制出