元素之王

摘 要：氫是原子序數最小的元素，是宇宙中含量最高的元素，自然界其它元素也是氫氦等元素融合而成，氫是形成化合物最多的元素之一，研究其結構與性質對化學學習非常重要。

一、氫在元素周期表的位置

氫在元素周期表的位置目前有4種觀點：

1.從氫原子電子構型為1S1，符合IA族電子構型；氫原子的電子親和勢接近堿金屬而遠小于鹵族元素，應該將H放在IA族。

2.從氫原子得1個電子達到零族元素穩定構型，氫氣在常溫下又是氣態雙原子分子，和VIIA族元素相似，應該將H放在VIIA族。

3.從它的最高正化合價和最低負價絕對值相等來看，放在IVA族比較合適。

4.從H元素與IA族，VIIA族都有相近性，將它放在元素周期表上方中央，然后用兩條線與IA族，VIIA族相連，表示其位置的二重性。

二.氫原子的結構與性質

1.氫的同位素

氫在自然界中存在的同位素有：氕（氫1，H）氘（氫2，重氫，D）氚（氫3，超重氫，T），還有人工方法合成的同位素氫4、氫5、氫6、氫7。氕是唯一沒有中子的原子，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和破壞性極強的氫彈，其威力比原子彈大得多。

2.原子半徑

氫是原子半徑最小的元素，氫原子半徑為53pm，氫離子半徑為32pm也很小，但氫負離子半徑為208pm，比S2-、Cl-半徑都大，性質非常活潑。

3.第一電離能（I1）

氫原子半徑小，核對電子引力大，氫的第一電離能較大，為1312kj/mol，短周期元素中只比He、Ne、Ar、N、O（1313kj/mol）、F小，比氯都大。

4.電負性

H的電負性值為2.1，比碳的電負性2.5小，H在化合物中主要化合價為+1價。

5.原子H的還原性

原子H有極強的還原性，同時原子H結合成分子時放出大量的熱，足以產生高達4273K的高溫，即是原子氫焰，可用于特殊焊接與切割。

6.有機化學中的α—H

有機物中的α—H受與之相連的官能團或苯環的影響，有較高的化學活性，可以發生可發生氧化反應，也可發生取代反應、消去反應、縮合反應等。

7.核磁共振H譜

核磁共振氫譜（也稱氫譜）是一種將分子中氫-1的核磁共振效應體現于核磁共振波譜法中的應用，可用來確定分子結構。氫譜圖有幾個峰及峰面積比可以確定H原子種類及各種H原子個數比。

三.氫分子

氫有幾種同素異形體，如H2、H3、H4等。但主要是H2。

1.H2中化學鍵為S—S σ鍵，是唯一沒有方向性的共價鍵。

2.H2的離解能較高，故H2在常溫下穩定，高溫下是較強的還原劑。

四.氫化物

氫幾乎和所有元素都能形成二元化合物即氫化物。Na、K等金屬性極強的元素與H形成離子型氫化物；O、F等非金屬元素與H形成共價型氫化物；Ni、La等過渡金屬與H形成非整數比氫化物。離子型氫化物在水溶液中和水電離出的H+極速反應，生成氫氣；離子型氫化物是極強的還原劑。共價型氫化物的穩定性可由該元素與氫電負性差值判斷，差值越大越穩定。過渡型氫化物受熱可分解成金屬與氫氣，可以作為儲氫材料。

五.H+的性質

1.H+具酸性和氧化性。H+在水溶液中以氫鍵傳遞的方式遷移，使H+遷移速度極快，是中和反應等反應反應速率極塊的原因。

2.pH值 pH=-lgc（H+）

3.弱酸HA溶液中c（H+）與弱酸HA的電離平衡常數Ka及溶液濃度C有關，粗略計算公式為c（H+）=

六.氫鍵

氫原子與電負性大的原子X以共價鍵結合，若與電負性大、半徑小的原子Y（O F N等）接近，在X與Y之間以氫為媒介，生成X-H…Y形式的一種特殊的分子間或分子內相互作用，稱為氫鍵，氫鍵能影響一些物理性質。

1.分子間有氫鍵的物質熔點、沸點比同系列氫化物的熔點、沸點高，如NH3、H2O、HF等。分子內生成氫鍵，熔、沸點常降低，鄰硝基苯酚沸點比間硝基苯酚沸點低。

2.在極性溶劑中，如果溶質分子與溶劑分子之間可以形成氫鍵，則溶質的溶解度增大。

3.分子間有氫鍵的液體，一般粘度較大。例如甘油、磷酸、濃硫酸等多羥基化合物，由于分子間可形成眾多的氫鍵，這些物質通常為粘稠狀液體。

4.液體分子間若形成氫鍵，有可能發生締合現象，分子締合的結果會影響液體的密度。冰密度比液態水小是因為氫鍵具有方向性，增大分子空隙的結果。

七.氫能

氫能是一種極為優越的新能源，其主要優點有：燃燒熱值高，每千克氫燃燒后的熱量，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃燒的產物是水，是世界上最干凈的能源。資源豐富，氫氣可以由水制取，而水是地球上最為豐富的資源。

作者簡介：王坤，男，1972年10月出生，湖北襄陽市人，中學化學高級教師，華中師范大學碩士畢業，是湖北省襄陽市隆中名師，就職于中國百強中學湖北省襄陽四中。