氢气宇宙中最含量多最普遍的元素,它构成了物质宇宙的75%


氢是自然界乃至宇宙中“朋友”最多的最常见元素 。 根据相关的保守估计 , 它占宇宙质量的75% 。 在我们居住的地球上 , 除了空气中的一些氢以外 , 其他氢以化合物的形式储存在水中 , 这是地球上最广泛的物质 。 据估计 , 如果海水中的氢全部被提取出来 , 燃烧产生的总热量将是地球上所有化石燃料释放热量的9000倍 。 现在让我们进入氢 , 了解它的背景和发展能量的方法 。
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在“宇宙大爆炸”的那一刻 , 氢出现了 , 并且在自然界中度过了漫长的默默无闻的岁月 。 16世纪末 , 瑞士有一位名叫巴拉泽斯的化学家 , 他不小心把废铁掉进硫酸 , 许多气泡像旋风一样升起 。 很遗憾 , 这个年轻人缺乏经验 , 没有进一步研究 , 错过了成功的机会 。 直到1766年 , 英国著名科学家卡文迪什才发现 , 这些气泡中的物质可以在空气中燃烧产生水 , 所以他模糊地称之为可燃空气 。 随着科学的发展和思维方式的转变 , 1787年 , 法国杰出的化学家拉瓦西终于将气体命名为氢气 。
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尽管每升氢气只有0.09g , 但它是“可变的”:常温常压下是气态的 , 在超低温高压下可以变成液态 。 如果压力增加到几百个大气压 , 液态氢就可以变成固态氢 。 在所有的气体中 , 氢具有最好的导热系数 , 比大多数气体的导热系数高出10倍 , 是最好的传热载体之一 。
除了热值最高的核燃料外 , 氢对人类的贡献毫不吝啬 。 氢气火焰的温度可高达2500℃ 。 只要与空气有轻微的亲密接触(在3%-97%范围内) , 遇到火花就会燃烧起来 。 与其他燃料相比 , 氢燃烧是最清洁的 。 它除了产生水和少量的氮化氢外 , 不会产生一氧化碳、二氧化碳和粉尘等对环境有害的污染物 。 少量氮化氢经适当处理后不会污染环境 。 此外 , 氢循环具有良好的实用性 。 燃烧反应产生的水可以用来制氢 。
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氢的利用价值如此之大 , 人们不会对此视而不见 。 既然普通的水有它的影子 , 那就从水开始抽丝剥离吧 。
很少有人能想到这样一个事实:氢和氧在水中“结合”得如此牢固 , 以至于分离它们需要付出很大的努力 。 例如 , 水必须加热到二三千摄氏度的高温 , 才能分解成氢和氧 。 不幸的是 。 如果采用这种方式收集氢气 , 不仅会消耗大量的能量 , 而且需要有相应的耐高温高压设备 。 为了避免这一技术难题 , 人类主要以天然气、煤炭和石油产品为原料生产氢气 。 然而 , 这些化石材料的使用仍然需要高温和多种催化剂 , 因此它不是一种有前途的制氢技术 。
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随着科学家们的不断研究 , 他们发现太阳也可以帮助-把催化剂“放在”水中——阳光照射 , 催化剂可以刺激发光的化学反应 , 将水转化为氢和氧 。 在这个过程中最困难的是找到可靠和稳定的催化剂 。 目前发现的二氧化钛和一些钌化合物是合适的光催化剂 , 但不能满足实际应用的需要 。 一旦有了更有效的催化剂 , 就有可能从水中“生火”产生氢气 。 那时 , 只要汽车、飞机的油箱里装满水 , 再加上光催化剂 , 在阳光下 , 水就会不断分解成氢气 , 成为发动机的能量 。
以氢气为燃料 , 不仅清洁 , 低温起动容易 , 而且对发动机的腐蚀性小 , 可以延长发动机的使用寿命 。 由于氢气和空气混合均匀 , 一般汽车上使用的燃油系统可以完全消除 , 从而简化了现有汽车的结构 。