2016年2月13日星期六

氫(Hydrogen)的性質


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氫(Hydrogen)的性質
國立林口高級中學化學科林明祥老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
地殼中蘊藏最豐富的元素是氧,而宇宙中含量最豐富的元素是氫,氫大約佔據宇宙質量的75%。自然界中,氫元素的分佈也是十分廣泛,不過大多存在於化合物中,如水、石油、碳水化合物蛋白質等有機化合物,而僅少數以氫分子(H2)形式存在。而在恆星上,氫則以電漿態形式存在。
氫是最簡單的元素,原子序為1,位在元素週期表第一位,元素符號為H,其原子質量為1.00794 amu。氫原子本身沒有中子,僅由一個質子與電子構成。




其它關於氫原子的資料,整理如下:
由於氫原子擁有單個電子,所以氫原子容易接受(還原)或失去(氧化)一個電子,氫原子還原生成氫化物(Hydride, H-),反之氫原子氧化形成氫離子(H+),因為氫離子本身沒有中子, H+ 實為質子(Proton)。氫與電負度大的原子(如鹵素、氧和氮)形成化合物時,本身失去電子被氧化,氧化數為+1;相對地,當與電負度小的原子(如金屬)形成化合物時, 本身得到電子被還原,氧化數為 -1。 除了電漿態的物質外,氫離子無法單獨存在晶體或溶液中,這是因為氫離子粒徑小而有極高的正電荷密度,雖然在水溶液中經常以「水合氫離子(H3O+)」來表示 H+,不過這也只是一種理想化的情形,事實上氫離子在水溶液中是以類似於H9O4+ 的形式存在。此外,儘管在地球上少見,H3+ 離子(trihydrogen cation)卻是宇宙中最常見的離子之一。
自然界中,氫有三種同位素,分別為:氕(1H,含量99.985%)、氘(2H,D,含1個中子,含量0.015%)、氚(3H,T,含兩個中子,痕量)。有趣的是,在眾多元素中,氫同位素是唯一各自擁有自己名字的同位素。另一個與其它元素不同的地方,是氫同位素間有很大性質的差異。如重水(D2O)可當核反應中的減速劑;水中若含超過40% D2O即有毒;氚有放射性(半生期約12.32年)。此外,以人工方法合成的氫同位素目前有: 4H、5H、6H、7H。

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