氢-第2章
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
恢衷兀蛭馊忌蘸蟮牟锸撬阌美∥陌阉八纳烧摺薄�
＇编辑本段＇不用汽油的汽车
你们见过不用汽油的汽车吗？ 也许你们会问：汽车怎么会不用汽油呢？ 原来，科学家们发现汽油燃烧后会放出二氧化碳，这样下去会对环境造成污染。就设想用另一种燃料来代替汽油，科学家们经过多次实验，终于发现氢气可以代替汽油。用氢气作燃料有许多优点，首先是干净卫生，氢气燃烧后的产物是水，不会污染环境，其次是氢气在燃烧时比汽油的发热量高。 在1965年，外国的科学家们就已设计出了能在马路上行驶的氢能汽车。我国也在1980年成功地造出了第一辆氢能汽车，可乘坐12人，贮存氢材料90公斤。氢能汽车行车路远，使用的寿命长，最大的优点是不污染环境。
气球的妙用
十月一日国庆节，举国欢庆。首都天安门前，五颜六色、大大小小的气球高高地浮在空中，迎风飘扬，翩翩起舞，十分好看，人们都说这是“白天的焰火”。 除了欢度节日，增加愉快的气氛之外，气球还有没有其他的用处呢？ 科学家很早就给我们做出了回答。 在人类漫长的历史中，经受了无数次的洪水、干旱、地震等自然灾害。古时候人们都十分迷信，认为这些都是因为自己做错了什么事触怒了上天，所以上天降下灾祸。随着科学的发展，人们逐渐认识到并没有什么天神，这些都是自然现象，而且可以对它们进行预测。 在东汉时我国人民就能预测地震，但对于洪水，却一直无能为力。洪水一来就要淹没村庄，毁坏农田，有时甚至会危害人类。怎么才能对付洪水呢？科学家研究发现，洪水是由长时间下暴雨造成的，暴雨又是从雨云中降下的。这样，只要能观测到云层的厚度和水分，就可以预报天气，人们在听到暴雨来临的消息后就会做好预防措施。这样就减轻了洪水带来的危害。 可是，云朵都飘浮在高空，人类又没有翅膀，飞不到那样的高度，怎么办呢？ 在化学家发现了氢气后，这个问题一下子解决了。人们造了好多个氢气球，让它们带上观测设备，这样，人们不用上天，就可以知道天空中云层的变化，从而做出准确的天气预报。 最近一段时间，气球又有了一种新用途，利用它携带干冰、碘化银等药剂升上天空，在云朵中喷撒，可以进行人工降雨。 现在因为氢气容易爆炸，所以现在填充气球、飞艇等原来氢气填充的物体时就用氦4来填充，现在氢气的用处不多，用的多的是氢气的同位素——氚和氘： 比金子还要贵的水 前面介绍的是普通的氢，它的原子量是１，它还有两个“能干”的大“哥哥”氘（音刀）和氚（音川）它们的原子量分别是２和３。人们有时候也把它们称为“重氢”和“超重氢”，它们与氧结合生成的水分别叫重水和超重水。 水在地球上的总重大约是１４０亿亿吨，其中重水还不到万分之二。为了得到一公斤重水就要消耗掉６万度电和一百吨水，这比砂里淘金花的代价要大得多，因而重水的价格要比金子贵。大自然中的重水非常少，而超重水就更加少了，在宽广无际的大海里，连十亿分之一也找不到，只有靠人工的方法去制造。一般是把金属锂放在原子反应堆中，在中子的轰击下，使锂转变为氚，然后与氧化合生成超重水。制造一公斤超重水要消耗近十吨的原子能量，而且生产很慢，一个工厂一年也不过制造几十公斤超重水，所以超重水的价格比重水还要贵上万倍，比金子要贵几十万倍。 表面看来，重水和一般的水没有什么两样。但脾气却大不一样，如果你用重水养金鱼，没多久鱼便死了，用重水浸过的种子不会发芽。重水的“个头”也比水大，一立方米重水比一立方米普通的水要重105。6公斤。普通的水在零度时结冰，在100℃时沸腾；而重水在3。8℃时就变成了冰，人们把它叫做“热冰”。 虽然重水和超重水生产起来要花费很大代价，但人们还是在不断地制造着他们。这是什么缘故呢？ 原来它们对人类也有很多好处。先说起重水，它有放射性，利用它的这个特性，科学家可以研究某些生物或化学过程的进展情况。比如让病人喝一点含有极少量超重水的茶，半小时后，就可以从尿中检查出放射性，一直到14天以后，放射性才消失，这说明水分在人体中停留的时间是１４天。如果要研究某种化学过程中水的来龙去脉，但又不许加入别的东西来破坏化学反应，这时就可以在普通水中加入一些超重水，超重水流到哪儿，哪儿就出现放射性。科学家很容易用探测器测量出它的藏身之处。 重水是原子能工业中的重要角色，它是原子反应堆最好的减速剂和载热剂，用了它之后，就可以大大降低原子燃料的成分。重水还是重要的国防原料，氢弹就是用它来制造的，重氢在极高温度下会产生原子核的聚合反应，发生强烈的爆炸，它的能量相当于几千万吨烈性炸药。一个普通的氢弹就能轻而易举地炸毁一座城市。如果把它爆炸时放出能量全部转换成电能，人类几十年也用不完！
飞人之死
在十八世纪八十年代初，欧洲出现了热气球，人们用它已经把鸡、鸭、羊等动物送上了天空。可是，人们对它还是心存恐惧，没有人愿意乘气球离开地面。 氢气球爆炸1783年，法国国王在科学界的一致要求下批准了用气球送人上天的计划，但要送的却是两个死刑犯。 这个消息被一个勇敢的青年知道后，他想第一次上天是一项流芳百世的壮举，怎么能把这个千载难逢的机遇让给死刑犯呢？于是他找了一个跟他一样不怕死的青年，向国王请求让他们替下死刑犯，国王被他们的勇敢打动了，准许了他们的要求。 在1783年11月21日，这两个青年乘上热气球，成功地进行了第一次用气球载人飞行，他俩顿时成了新闻人物，人们在街头巷议中纷纷把他俩称作“飞人”。 第二年，他们又计划乘气球飞越英吉利海峡。这时人们已经制出了氢气球，他们决定、把氢气球和热气球组合在一起，同时乘坐两只气球飞向英国。 这一天，他们把两只气球绑在一起，然后升上了天空。不久之后，悲剧发生了，气球发生了爆炸，他们都在事故中遇难身亡。 气球为什么会爆炸呢？ 这是因为热气球下面有一个火盆，是用来给空气加热，但氢气是一种易燃易爆的气体，它一见火星就会发生爆炸，因为缺乏对氢气的了解，导致了这场灾难的发生。 氢是元素周期表中的第一号元素，元素名来源于希腊文，原意是“水素”。氢是由英国化学家卡文迪许在1766年发现，称之为可燃空气，并证明它在空气中燃烧生成水。1787年法国化学家拉瓦锡证明氢是一种单质并命名。氢在地壳中的丰度很高，按原子组成占15。4％，但重量仅占1％。在宇宙中，氢是最丰富的元素。在地球上氢主要以化和态存在于水和有机物中。有三种同位素：氕、氘、氚。 氢在通常条件下为无色、无味的气体；气体分子由双原子组成；熔点…259。14℃，沸点…252。8℃，临界温度33。19K，临界压力12。98大气压，气体密度0。0899克/升；水溶解度21。4厘米³；/千克水（0℃），稍溶于有机溶剂。 在常温下，氢比较不活泼，但可用合适的催化剂使之活化。在高温下，氢是高度活泼的。除稀有气体元素外，几乎所有的元素都能与氢生成化合物。非金属元素的氢化物通常称为某化氢，如卤化氢、硫化氢等；金属元素的氢化物称为金属氢化物，如氢化锂、氢化钙等。 氢是重要的工业原料，又是未来的能源。 元素符号：H 英文名称：Hydrogen 相对原子质量：1。00797 原子半径/Å；： 0。79 电子构型： 1s1 原子体积/cm3/mol： 14。4 离子半径/Å；： 0。012 共价半径/Å；： 0。32 氧化态： Ⅰ 发现： 1766年； 在英国伦敦； 由 H。 Cavendish 发现。 来源： 在宇宙中最丰富的元素；主要和氧结合；以水的形式存在与自然界；也存在于矿井、油和汽井之中。 用途：用于生产氨、乙醇、氯化氢、溴化氢、植物油和不饱和烃的氢化，火箭燃料，低温学研究等。 状态： 无味、无色、无臭、极易燃烧的气体。 熔 点（℃）： …258。975 闪点/℃：253 导热系数： 0。001815 沸 点（℃）： …252。732 密度（g/L/273K；1atm）： 0。0899 自燃点/℃：500 比 热/J/gK ： 14。304 蒸发热/KJ/mol ： 0。44936 熔化热/KJ/mol： 0。05868 元素名称 氢 元素符号 H 原子序数 1 相对原子质量 （12C = 12。0000） 1。00797 英文名称 Hydrogen 原子结构 原子半径/Å；： 0。79 原子体积/cm3/mol： 14。4 共价半径/Å；： 0。32 电子构型： 1s1 离子半径/Å；： 0。012 氧化态： Ⅰ 电子模型 发现 1766年； 在英国伦敦； 由 H。 Cavendish 发现。 来源 在宇宙中最丰富的元素；主要和氧结合；以水的形式存在与自然界；也存在于矿井、油和汽井之中。 用途 用于生产氨、乙醇、氯化氢、溴化氢、植物油和不饱和烃的氢化，火箭燃料，低温学研究等。 物理性质 状态： 无味、无色、无臭、极易燃烧的气体。 熔 点（℃）： …258。975 沸 点（℃）： …252。732 密度（g/L/273K；1atm）： 0。0899 自燃点/℃：500 比 热/J/gK ： 14。304 蒸发热/KJ/mol ： 0。44936 熔化热/KJ/mol： 0。05868 闪点/℃：253 导电率： －－ 导热系数： 0。001815 地质数据 丰 度 滞留时间/年： 太阳（相对于 H=1 × 1012）：最丰富的元素 海水中/ p。p。m。：作为水的成分存在于海水中，也有一些气体H2 地壳/p。p。m。： 1520 溶在其中。 大气/p。p。m。（体积）： 0。5 生物数据 人体中含量 肝/p。p。m。： 93 000 器官中： 肌肉/p。p。m。： 93 000 血/mg dm…3 ： 以水存在于血液中 日摄入量： 骨/p。p。m。： 52 000 人（70Kg）均体内总量：7 kg
制氢电力来源
不同的氢气生产方法有不同的固定投资额和边际成本。 制氢的能源和燃料可以来自多种来源例如天然气、核能、太阳能、风力、生物燃料、煤矿、其他化石燃油、地热。（以下以全美国汽车都改为氢气的假设为计算单位） 天然气 用气电共生改良后。需要15。9百万立方呎的瓦斯；如果每天生产500公斤 由改装的加油站就地生产（例如高科技加气站）； 相当于改装777；000座加油站成本1兆美金；可产每年1亿5000万吨氢气。 先假设不需额外氢气分配系统的投资成本下；等于每GGE单位3。00美元（Gallons of Gasoline Equivalent 相当一加仑汽油的能量简称GGE，方便和目前油价作比较） 核能 用以提供电解水的氢气电能来源。 需要240；000吨铀矿—提供2；000座600兆瓦发电厂； 等于8400亿美金；等于每GGE单位2。50美元。 太阳能 用以提供电解水的氢气电能来源。 需要每平方公尺达2；500千瓦（每小时）效率的太阳能版科技；共1亿1300万座40千瓦的机组； 成本推估约22兆； 等于每GGE单位9。50美元。 风力 用以提供电解水的氢气电能来源。 每秒7公尺的平均风速计算；需要1百万座2百万瓦风力机组； 成本约3兆美金等于每GGE单位3。00美元。 生物燃油 气化厂用气电共生改良后。 需要15亿吨干燥生物材料； 3；300座厂房需要113。4百万英亩（460；000 平方千米）农场提供生物材料。约5650亿美元 等于每GGE单位1。90美元（假设土地不匮乏且地价最便宜状态） 煤矿 火力发电用气电共生改良后提供电解水的氢气电能来源。需要10亿吨煤将近1；000座275兆瓦发电厂成本5000亿美金； 等于每GGE单位1美元。 以上看出由煤矿的制氢最便宜，但是除非二氧化碳封存技术普及化及实用化，否则产生的高污染会使氢气科技的环保性荡然无存。
