1氫

Hydrogen 相對原子質量1.008

來源於希臘語中的hydro(水)+gennao(生成),也就是“可以生成水的物質”。

氫元素燃燒後變為水

氫氣是已知的所有氣體中最輕,且無色無味的氣體。地球上的氫氣(H2)是由兩個質量數最小的氫原子構成的,因此重力無法束縛住它,導致大氣中的氫氣含量微乎其微。氫氣的密度為0.089g/L。如果把空氣看成是1的話,氫氣所占的比重為0.07。

但是,像木星這樣的巨大行星就可以靠重力把氫氣留在大氣中。伽利略號探測器在1995年探測到木星的成分中,75%以上都是氫氣(含量第二的成分是氦,25%)。

將氫氣點燃後,就能得到水。當空氣中的氫氣含量為4%—75%時,遇明火會發生爆炸。氫氣也被用作火箭**燃料和生產氨氣的化工原料等。

人們很關注以氫氣為原料的燃料電池。在氫氣和氧氣發生化學反應時,會產生電流,而該電流可以作為能源。搭載氫氧燃料電池的汽車在運行時排出的尾氣隻有水蒸氣。

氫和氧結合成水,因此地球上的氫多以水的形式存在。除此以外,氫和碳結合會形成豐富的有機物。氫是宇宙中最多的元素,但是由於宇宙是高真空狀態,氫是以一個個單獨的原子狀態存在的。

現在普遍認為宇宙是大爆炸誕生的,而大爆炸初期產生了大量質子(氫原子核)。宇宙經過七十萬年的冷卻後,質子和電子相遇,氫原子由此誕生。

在大腸內誕生的氫氣

許多人不知道,每天都會有大量的氫氣在我們體內產生。人體的大腸內有一種可以生產氫氣的細菌。

因為人們吃的食物以及身體情況各異,每個人放屁的量是不同的。但每一次的量基本在幾毫升到150毫升左右,而一天的總量大概是400毫升到2升。

屁的主要成分和比重是:喝到肚子裏的空氣中的氮氣60%—70%,氫氣10%—20%,二氧化碳10%,以及微量的氧氣、甲烷、硫化氫、吲哚、脂肪酸、糞臭素等。

由此可見,在我們體內誕生的氫氣量還是挺多的。一部分氫氣作為屁的成分被排出體外,而剩下的氫氣被身體吸收進入血液循環。如果你收集一定量的屁,用火是可以點燃它的,這是因為屁中含有可燃氣體甲烷和氫氣。

現在流行的“富氫水”

現在,“富氫水”備受人們關注。富氫水就是氫氣以分子的形式融進水裏。而氫氣分子就是指兩個氫原子結合後的物質,也就是H2。比如說,電解水時,或鋅和稀鹽酸反應時產生的氫氣氣體就是氫氣分子。

富氫水之所以成為熱門話題,得益於日本醫科大學的太田成男教授的研究。太田教授用試管培養的小白鼠神經細胞進行測試,發現1.2mg/m3(mg為毫克的縮寫,1g=1000mg)的氫氣溶液可以還原活性氧,並消除其毒素。他以該研究內容為題撰寫的論文於2007年在醫學雜誌《自然醫院》上發表。

雖然有人指出試管水平的研究結果不足以完全充當醫學證據,但在隨後可信度更高一級的動物實驗水平,也得到了相似的研究結果:氫氣分子隻會針對性地還原在活性氧中化學反應活性最高的羥基自由基,並消除它對細胞的威脅。

許多人認為隻要是活性氧就是壞的,就該全部消除掉,但其實活性氧有很多不同的種類,並不是所有的都會對身體造成危害。每當我們呼吸時,都會有大量細菌和病毒的病原體進入體內。但即便如此,我們也不會天天生病,因為我們體內有免疫的防禦係統。而在免疫係統中,就存在一些活性氧。由此可見,有一些活性氧也在為我們的身體保駕護航。

在此強調一下,太田教授的結論是,氫氣分子不會破壞所有活性氧,它隻會有針對性地攻擊那些導致老化以及身體疾病的元凶——羥基。

關於是不是應該從身體外部攝取物質去消除體內的活性氧這個問題,我認為,現如今人們還不是非常詳細了解體內活性氧的原理,最好還是保守一點。如果頻繁借用外力幹預,那麽有可能導致我們體內的活性氧更難被消除。

如果有一天,有人做一個大規模調查,發現喝過富氫水的人身體都沒有出現問題,並且的確達到了宣傳效果,那麽大家就可以放心飲用了。

我們對“消除活性氧即可抵禦癌症”進行了一場關於攝取β胡蘿卜素與患癌的大規模調查。而調查發現,特意攝取β胡蘿卜素的人罹患癌症的案例很多。有些人通過蔬菜攝取了足夠的營養,卻還去吃保健品,過剩的營養可能就會引發一些未知問題。

大家不要忘了,我之前提到過沒排出體外的氫氣會被身體吸收,而你通過喝富氫水補充的多餘氫氣,就會進入我們的血液循環係統。

身邊的氫氣爆炸事故

我在幾十年前還是學生時,曾親身經曆過氫氣引發的爆炸事故。那是在我實習期間發生的事情。有一天放學後,我在理科實驗室準備實驗的時候,站在實驗桌正對麵的A同學正把火柴放在鹽酸和鋅發生反應的燒杯口,準備將生成的氫氣點燃。我立刻對他大叫“住手!”並且下意識地蹲了下去,幾乎是同時,傳來了一陣震耳欲聾的爆炸聲。理科實驗室裏的玻璃碎了一地。幸運的是,我們兩個都沒有受傷。

後來我研究生畢業來到了中學教書,我聽說附近的小學發生了氫氣爆炸,學生受了傷。這起事故發生在一節探索酸堿性溶液性質的課堂上。據說當時正在進行鋼絲絨和酸溶液的實驗,有個孩子劃了桌上的火柴,在靠近發生器邊緣時發生了爆炸。

還有就是某中學發生的事情。B老師是一名理科教師,他在上課時,讓學生圍在實驗桌旁,觀看燒杯中氫氣的燃燒實驗。第一節課成功了。第二節課時,氫氣反應較弱,於是老師打開了三角燒杯的橡皮塞,注入了一些稀鹽酸,而再點火時發生了爆炸。多名學生被玻璃碎片割傷。

飛艇爆炸燒毀事件

將收集好氫氣的試管口朝下並點燃,會聽到“梆梆”的爆炸聲,在試管口附近會看到無色的火焰。氫氣燃燒、爆炸後會生成水。

由於氫氣是最輕的氣體,過去曾用作飛艇的燃料。但自從“興登堡號”空難事件發生以來,飛艇就不再用易燃氣體氫氣,而是改用安全性更高的氦氣了。

1937年5月6日,在美國新澤西州萊克赫斯特海軍基地,德國飛艇“興登堡號”發生爆炸並燒毀,導致乘務員和乘客共35人、地上操作員1人遇難。看了事故視頻後人們發現,飛艇並不是從內部突然爆炸的,而是火焰從外開始瞬間燒到內部的。

1997年NASA(美國國家航空航天局)的員工公開聲明了失事的原因:此次火災的導火索是飛艇外部的塗層。“興登堡號”為了防止外皮被陽光和大氣氧化,在外部塗了一種含有氧化鐵和鋁粉的塗料。而氧化鐵和鋁粉被點燃後,會發生劇烈化學反應。現在多數意見認為表麵的鋁粉被靜電產生的火花點燃,在塗層表麵發生了劇烈的化學反應,而導致飛艇瞬間被燒毀。這個事故讓人們對氫氣望而生畏,但也許氫氣隻是替罪羊。

這個事故的原因,在今天依舊是個謎。用飛艇作為航空運輸工具的時代也已經過去了。由於事故原因不明,人們之間流傳著多種說法,現在依然有許多以此為原型創作的小說和電影。

太陽的能源來自氫的核聚變

宇宙大爆炸後,最先出現的元素是氫和氦。即便到了今天,縱觀宇宙,你還會發現氫元素約占了全宇宙的四分之三,而氦位居第二,約占四分之一。氫和氦加起來一共占了宇宙的98%。順便說一下,位列第三的是氧,第四的是碳。

氫元素在太陽以及其他恒星中參與核聚變,釋放出光和熱,因此氫也是宇宙的能量源泉。太陽內部的聚變反應是指四個氫原子生成一個氦原子的反應。但是,並不是反應一次就可以生成氦原子的。反應初期,先生成氘(原子核裏有一個質子和一個中子),隨後經過幾個階段才生成氦原子。

一個氦原子的質量比四個氫原子的質量少了0.7%,這是因為有一部分質量轉化成了能量。在太陽內部,1秒鍾有大約6億噸氫原子變成氦原子。