更新时间：作者：小小条
中文名：氢气
化学式：H2
分子量：2.01588
熔 点：-259.2 ℃（101 kPa）
沸 点：-252.87 ℃（101 kPa）
水溶性：难溶于水
密 度：0.0899 g/dm³ [4]（101.325 kpa, 0°C）
外 观：无色透明
应 用：工业燃料、金属冶炼、有机合成等
安全性描述：S9；S16；S33
危险性符号：F+
危险性描述：R12
氢气是氢元素形成的一种单质，化学式H2，分子量为2.01588。常温常压下，氢气是一种无色、无味、无臭、无毒、极易燃烧且难溶于水的气体。氢气的密度为0.089g/L（101.325kpa,0°C），约为空气的1/14，是已知的密度最小的气体。
氢气最早于16世纪初由人工制得，当时使用的方法是将金属与强酸反应。1766~1781年，英国化学家亨利·卡文迪许（HenryCavendish）发现了氢元素，并证实氢气燃烧生成水。法国化学家拉瓦锡（Antoine-Laurentde Lavoisier）根据这一发现将该元素命名为“hydrogenium”（“生成水的物质”之意，“hydro”是“水”，“gen”是“生成”，“ium”是元素通用后缀）。氢气的“氢气”翻译来源于其物理特性，即氢气是最轻的气体。
工业上一般从天然气或水煤气制氢气。制得的氢气大量用于石化行业的裂化反应和生产氨气。氢气分子可以进入许多金属的晶格中，造成“氢脆”现象，使得氢气的存储罐和管道需要使用特殊材料（如蒙乃尔合金），设计也更加复杂。
氢气被列入《危险化学品名录》，并按照《危险化学品安全管理条例》管控。
物理性质：
氢气是标准状况（0℃, 101.325kPa）下密度最小的双原子分子气体，其密度为0.0899 g/L，仅为空气密度的1/14（空气密度1.29 g/L）。由于其在20℃时的水溶解度仅1.6 mg/kg，可通过排水集气法高效收集。氢气的相变特性表现为：在1 atm下发生气-液相变于-252.87℃（沸点），形成透明低黏度液体；进一步冷却至-259.16℃（三相点）时形成六方密堆积晶体结构的固态氢。
化学性质
氢气是一种双原子气体分子，由两个氢原子通过共用一对电子构成。氢气是自然界中最小的分子。氢原子具有独特的电子构型1s1，所以它既可能获得一个电子成为H-（具有氦构型1s2），也可能失去一个电子变成质子H+。因此它表面上不但很像卤素能获得一个电子成为一种惰性气结构ns2np6，而且很像碱金属能失去一个电子成为M+(ns2np6)。然而，由于氢在其结构中没有别的电子，故它与这两族中的每一族都有足够的差别，这说明将氢放在这两族之外是正确的。
常温下，氢气的性质很稳定，不容易跟其它物质发生化学反应。但当条件改变时（如点燃、加热、使用催化剂等），情况就不同了。如氢气被钯或铂等金属吸附后具有较强的活性（特别是被钯吸附）。金属钯对氢气的吸附作用最强。氢气与电负性大的元素反应显示还原性，与活泼金属单质常显示氧化性。在催化剂作用下，氢气能与大部分有机物进行加成反应。
曾广泛应用于飞艇和氢气球的填充气体，但由于其易燃特性，现如今常用氦气替代。氢气与电负性较大的非金属元素反应时表现出还原性，而与活泼金属反应则表现为氧化性。
氢气爆炸极限
氢气爆炸极限,常以可燃性混合物或液体的爆炸极限表示。当空气中含氢浓度达到3%～15%时,遇明火即可发生爆炸。
氢气的最大爆炸压力为2。5~22MPa,这一数值相当于标准状态下氢气分子间氢键作用力的133倍。但氢气也很不稳定,在空气中含量为0。01%~0。2%就会点燃,所以氢气应该在其纯度为99%~99.5%时使用。
当空气中含氢浓度为0。01%时,连接少量的气源,可产生点燃着火;在0。2%时,吸入或涂抹稀释的易燃液体,则能产生起火燃烧;在0。05%~0。15%时,人长期处于上述浓度中,可引起室息死亡。当氢气和空气混合后,爆炸极限更大。在标准状况下(1标准大气压),氢气的体积分数约为4。
《石油化工辞典》中给出了氢气爆炸极限:20~300MPa,主要来自燃料电池。这是对可燃气体危险程度的国际公认标准。我国的国家标准《危险货物分类和品名编号》(GB6944一85)中也有类似的规定,但其具体指标稍有不同。
《arsoftakeik》称:“当加压到10~14兆帕时,反应停止,氧气和氢气在气瓶内停止了反应,只剩下氮气继续反应”。我国根据实际情况,将它扩展到11兆帕。有资料报道,液氢加热到55~60℃,即可与空气中的氧发生爆炸,而这种温度远低于氢气的着火点。氢气可直接与火焰接触而发生爆炸,氢气不完全燃烧的产物为水、一氧化碳和二氧化碳,完全燃烧的产物为水蒸气和二氧化碳。
20～300MPa是临界压力。由于氧气的含量变化较大,因此这个极限有随燃料中氧气含量而变化的特点。国家标准《常用危险化学品的分类及标志(GB13690一92)》中规定,各种常用的燃料氢气(压缩氢气),在标准状态下的临界点为20~300MPa。这个数值基本符合实际情况。我国也有此方面的标准。《石油化工手册》对不同氢气组分的爆炸极限范围做了详细的描述,并给出了大量数据供使用者参考。
目前,许多研究都把目光投向了在氢气中加入各种化合物的可能性,特别是随着高科技的发展,新的制备方法层出不穷,而这些新的制备方法可能给解决氢气爆炸问题提供新的途径。
氢气燃点,574℃。爆炸极限4.1%～74.2%,这个是各种实验得到的结论(不同的实验也就差百分之零点几),不容置疑,也不是以我们的需求为转移的。
但弄清楚全部的含义非常重要:
爆炸极限4%～74.2%指的是:
——20℃,一大气压,空气与氢气混合,不是别的气体
——氢气体积4.1%~74.2%范围,遇火源(574℃),产生爆炸。
——氢气低于4.1%,则混合气体本身不能点燃。但在高温火焰中,可以将其中的氢气烧掉;
——氢气高于74.2%也不能直接点燃,但可以在空气中稳定燃烧。
——如果是氮气等惰性气体,无论氢气含量是多少,都不具备爆炸性。
——真正导致爆炸的是氢气和氧气的混合物。
——氢气4.1%~74.2%,相当于空气25.8-95.9%,相当于其中氧气5.4-2O.1%。
——即氢气空气混合物中,氧气达5.4%以上,才会爆炸。
——比如氨分气,氢气含量75%,混入10%的空气(完全混匀),氢气变成68%,似乎符合爆炸范围,但是氧气才1.9%,并不具备爆炸能力。
——氨分气要混入接近34.8%的空气,才整个的具有爆炸能力。
——不过要注意的是,混合过程中,局部氧气浓度已经满足了5.4%的要求,会率先有爆炸能力,一旦局部爆炸,可导致容器破裂,空气大量进入而爆炸。
——在氢气燃点以上(574℃),无论氨分气或者纯氢气,泄漏进入少量空气,会在泄漏位置燃烧,将漏入的氧气烧掉,并不爆炸。
——在氢气燃点以上(574℃),如果大量空气进入,则可能接触面温度达不到燃点,但扩散后会满足爆炸极限和温度的要求而爆炸。
——在氢气燃点以下,泄漏进入的空气会逐渐积累,很可能达到爆炸极限。如果再升温,或者遇到火花(包括气流产生的静电),是可能爆炸的。
——氢气混合空气的爆炸极限,并不是一成不变的,与混合物的压力和温度有关。如果温度上升,或者压力升高,其爆炸极限范围会扩展,即下限更低,上限更高。
——如果是0.3兆帕,500℃,氢气(与空气混合)的爆炸极限估算为3.5-85%。此时,氧气最低含量3.15%。就是说,高温高压的氢气更加容易爆炸。
——建议同时装氧气、氢气传感器。
氢气与氧气的混合物,由于没有氮气的稀释作用,爆炸范围更宽,20℃,1大气压,爆炸极限为4-94%。如果温度和压力高,可达到2-98%。并且燃点也降低。爆炸产生的温度高出一倍。制氢设备一定不能出现问题,包括管道等,一旦混合,爆炸危险很大。
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