氫氣（H?）——氫元素的單質形態及其主要特性

 一、物理性質

1. 基本狀態與感官特性  

在常溫常壓下，氫氣是一種無色、無味、無臭的氣體。其在水中的溶解度極低，例如在20℃時，100毫升水中僅能溶解約1.82毫升氫氣。

2. 密度與質量  

在標準條件下（0℃，101.3 kPa），氫氣的密度僅為0.0899 g/dm3，約為相同體積空氣的1/14，是目前已知密度最小的氣體。  

這一輕質特性曾使其廣泛應用于氣球和飛艇等浮空裝置中。但由于氫氣分子極小，易透過橡膠等材料泄漏，實際應用受到一定限制。

3. 相變與特殊性質  

氫氣具有極低的熔點（259.2℃）和沸點（252.87℃，101 kPa），因此在常溫下難以液化。液態氫具有超導特性。  

此外，氫氣的導熱性能優異，約為空氣的7倍；擴散速度也很快，是氮氣的3.74倍。

 二、化學性質

1. 可燃性  

氫氣在空氣中燃燒生成水，反應式為：  

$$ 2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O $$  

燃燒火焰呈淡藍色，且其爆炸極限范圍廣（體積濃度4%~75.6%），使用前必須進行純度檢測以確保安全。  

氫氣燃燒釋放大量熱量，且產物僅為水，不產生污染物，被視為理想的清潔能源。

2. 還原性  

氫氣具有良好的還原能力，可用于還原金屬氧化物，如氧化銅（CuO）、三氧化鎢（WO?）等，廣泛應用于冶金工業中。

3. 氧化性（較為罕見）  

在特定條件下，氫氣可與活潑金屬（如堿金屬）反應生成相應的金屬氫化物，表現出一定的氧化性。

 三、安全與工業特性

1. 危險性  

氫氣被列入《危險化學品名錄》，因其具有高度易燃性和爆炸性，儲存和運輸需特別注意安全。  

為防止“氫脆”現象（氫氣導致金屬材料脆化失效），通常采用特種合金（如蒙乃爾合金）制造儲氫容器。

2. 工業應用  

氫氣在現代工業中用途廣泛，主要包括：  

 石油煉制中的加氫裂化與脫硫；

 合成氨工業（哈柏法）；

 燃料電池技術（氫能汽車等）；

 有機合成及精細化工領域。

 四、總結  

氫氣以其輕質、高能量密度和清潔燃燒等優點，被視為未來能源體系的重要組成部分。然而，其在存儲與運輸方面的技術難題（如高壓、低溫或材料相容性問題）仍是當前研究和產業化的重點挑戰。