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氢和氦:元素周期表中的第一和第二位

时间:2023-10-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:氢位于元素周期表中的第一位。20世纪中期,我国科学家于敏曾带领团队对氢弹的基本现象和规律进行深入研究,“白手起家”地自主设计了氢弹构型,并于1967年成功试验爆炸了我国第一颗氢弹。氦的宇宙存量仅次于氢,处于第二位。以氦为首的稀有气体在元素周期表中被称为“0族”,它们连接了强金属活动性的碱金属和高电负性的卤素。

氢和氦:元素周期表中的第一和第二位

氢位于元素周期表中的第一位。氢的原子结构非常简单,仅由一个质子和一个电子构成。

介 绍

●氢气是自然界中最轻的气体,也是氢元素最常见的单质形态。氢气有着诸多优点,例如来源广泛、燃烧产物清洁、热值高,被认为是解决化石燃料危机的关键能源之一。

●氢气的储存和运输一直是一大难题。氢分子的体积小,可进入诸多金属的晶格中,造成“氢脆”现象,导致金属容器报废。氢气一旦泄漏,遇到明火极易爆炸。当前研究发现,一些金属氢化物有可逆吸放氢气的特性,可作为储氢材料应用于氢气储运。

●氢燃料电池利用了水电解的逆反应,可提高氢能利用的安全性。氢燃料电池工作时,氢气从负极进入,氧气从正极进入,在催化剂作用下,无须点燃可直接将化学能转化为电能。

●氢有三种同位素:氕、氘和氚。其中,氘和氚的原子核中除了质子外,还分别含有一个和两个中子。

重要反应

纯净的氢气在空气中安静地燃烧,发出淡蓝色火焰,产物为水:

实验室中常用活泼金属和酸反应制备氢气:

氢气具有还原性,可在加热条件下将氧化铜还原为金属铜:(www.xing528.com)

氢与中国

氢弹是一种威力极大的核武器,它通过氘和氚的核聚变反应释放出大量能量,产生爆炸作用。20世纪中期,我国科学家于敏曾带领团队对氢弹的基本现象和规律进行深入研究,“白手起家”地自主设计了氢弹构型,并于1967年成功试验爆炸了我国第一颗氢弹。于敏院士对我国核武器事业与国防安全做出了重要的贡献,被誉为中国“氢弹之父”。

●2022年北京冬奥会上亮相的氢能大巴汽车,使用氢燃料电池,实现零排放、零污染,向全世界传递出了“绿色冬奥”的环保理念。

氦的宇宙存量仅次于氢,处于第二位。但氦气在空气中极其稀有。

介 绍

●氦原子的最外层仅有两个电子,满足最外层电子满排列结构,化学性质稳定,很难与其他物质发生化学反应。以氦为首的稀有气体在元素周期表中被称为“0族”,它们连接了强金属活动性的碱金属(第IA族)和高电负性的卤素(第VIIA族)。

●氦气的密度很小,在地表上很容易摆脱地球引力的束缚逃逸到宇宙中,故大气中的氦气占比极小。

●氦气是唯一无法在标准大气压下固化的物质。液体氦的沸点很低,可用来实现接近绝对零度(-273℃)的超低温。 包括医用核磁共振成像和低温超导体在内的低温科学实验,都要在液氦冷却的条件下进行。

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