Question

氢的物理性质是什么？

Answer 1

在自然界中，氢元素不是以单独的原子形式存在的，它是一个以共价键结合的二原子分子气体(H2)，如下式所示：

H+HH2+Q(BE)

氢气是无色、无味、无毒的气体。它是最轻的化学物质，在标准温度和压力(STP)下，空气的密度为1.2930克/升，而氢气的密度为0.0899克/升。20℃时，它在水中的溶解度小于20克/升。液氢是很难制得的，它的沸点为-252.8℃，凝固点为-259.3℃。

氢有一种非同寻常的性质，即存在正氢和仲氢两种同素异形体，这不同于两个电子和核子的旋转排列。在室温下，氢气由25％的仲氢和75％的正氢组成。这两种组分的性质在能量值、熔点和沸点上均具有很小的差别。这些差别对液氢温度来讲是很重要的。

氢元素的另一个特征是组成它的3种同位素有较大的物理性质差异。氢有一个质子(这是确认化学原子核为氢的依据)，此外还存在0、1或2个中子(这样其质量数为1、2、3)。

氘是氢的一种较重的形式，其能氧化形成重水(HDO和D2O)，它的质量数为19或20，而不是H2O的质量数18。重水可用作某些核反应的中子缓释剂。其原子质量比处于氢(氕)和氚的比1∶2之间，因此氘从天然氢中的分离比235U从天然铀(大部分是238U)中分离出来要相对容易。从生物学的角度来讲，重水在组织上的渗透压不同于常水，并且其浓度高时还会对人体有害。

氚是氢的天然放射性同位素，大气中高能量的宇宙辐射与氮和氧原子的相互作用不断生成氚。经过成百上千年才形成稳定形态的同位素组分氚，其在大气中的半衰期为12.26年，经过半衰期后释放出β粒子后形成稳定的He-3，从而使氚的浓度达到平衡。当氚在空气中被氧化成水后，它就被分布到水循环中了。