元素之王

摘 要：氫是原子序數(shù)最小的元素，是宇宙中含量最高的元素，自然界其它元素也是氫氦等元素融合而成，氫是形成化合物最多的元素之一，研究其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)非常重要。

一、氫在元素周期表的位置

氫在元素周期表的位置目前有4種觀點(diǎn)：

1.從氫原子電子構(gòu)型為1S1，符合IA族電子構(gòu)型；氫原子的電子親和勢(shì)接近堿金屬而遠(yuǎn)小于鹵族元素，應(yīng)該將H放在IA族。

2.從氫原子得1個(gè)電子達(dá)到零族元素穩(wěn)定構(gòu)型，氫氣在常溫下又是氣態(tài)雙原子分子，和VIIA族元素相似，應(yīng)該將H放在VIIA族。

3.從它的最高正化合價(jià)和最低負(fù)價(jià)絕對(duì)值相等來(lái)看，放在IVA族比較合適。

4.從H元素與IA族，VIIA族都有相近性，將它放在元素周期表上方中央，然后用兩條線與IA族，VIIA族相連，表示其位置的二重性。

二.氫原子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1.氫的同位素

氫在自然界中存在的同位素有：氕（氫1，H）氘（氫2，重氫，D）氚（氫3，超重氫，T），還有人工方法合成的同位素氫4、氫5、氫6、氫7。氕是唯一沒(méi)有中子的原子，利用氫的同位素氘和氚的原子核聚變時(shí)產(chǎn)生的能量能生產(chǎn)殺傷和破壞性極強(qiáng)的氫彈，其威力比原子彈大得多。

2.原子半徑

氫是原子半徑最小的元素，氫原子半徑為53pm，氫離子半徑為32pm也很小，但氫負(fù)離子半徑為208pm，比S2-、Cl-半徑都大，性質(zhì)非?；顫姟?/p>

3.第一電離能（I1）

氫原子半徑小，核對(duì)電子引力大，氫的第一電離能較大，為1312kj/mol，短周期元素中只比He、Ne、Ar、N、O（1313kj/mol）、F小，比氯都大。

4.電負(fù)性

H的電負(fù)性值為2.1，比碳的電負(fù)性2.5小，H在化合物中主要化合價(jià)為+1價(jià)。

5.原子H的還原性

原子H有極強(qiáng)的還原性，同時(shí)原子H結(jié)合成分子時(shí)放出大量的熱，足以產(chǎn)生高達(dá)4273K的高溫，即是原子氫焰，可用于特殊焊接與切割。

6.有機(jī)化學(xué)中的α—H

有機(jī)物中的α—H受與之相連的官能團(tuán)或苯環(huán)的影響，有較高的化學(xué)活性，可以發(fā)生可發(fā)生氧化反應(yīng)，也可發(fā)生取代反應(yīng)、消去反應(yīng)、縮合反應(yīng)等。

7.核磁共振H譜

核磁共振氫譜（也稱氫譜）是一種將分子中氫-1的核磁共振效應(yīng)體現(xiàn)于核磁共振波譜法中的應(yīng)用，可用來(lái)確定分子結(jié)構(gòu)。氫譜圖有幾個(gè)峰及峰面積比可以確定H原子種類及各種H原子個(gè)數(shù)比。

三.氫分子

氫有幾種同素異形體，如H2、H3、H4等。但主要是H2。

1.H2中化學(xué)鍵為S—S σ鍵，是唯一沒(méi)有方向性的共價(jià)鍵。

2.H2的離解能較高，故H2在常溫下穩(wěn)定，高溫下是較強(qiáng)的還原劑。

四.氫化物

氫幾乎和所有元素都能形成二元化合物即氫化物。Na、K等金屬性極強(qiáng)的元素與H形成離子型氫化物；O、F等非金屬元素與H形成共價(jià)型氫化物；Ni、La等過(guò)渡金屬與H形成非整數(shù)比氫化物。離子型氫化物在水溶液中和水電離出的H+極速反應(yīng)，生成氫氣；離子型氫化物是極強(qiáng)的還原劑。共價(jià)型氫化物的穩(wěn)定性可由該元素與氫電負(fù)性差值判斷，差值越大越穩(wěn)定。過(guò)渡型氫化物受熱可分解成金屬與氫氣，可以作為儲(chǔ)氫材料。

五.H+的性質(zhì)

1.H+具酸性和氧化性。H+在水溶液中以氫鍵傳遞的方式遷移，使H+遷移速度極快，是中和反應(yīng)等反應(yīng)反應(yīng)速率極塊的原因。

2.pH值 pH=-lgc（H+）

3.弱酸HA溶液中c（H+）與弱酸HA的電離平衡常數(shù)Ka及溶液濃度C有關(guān)，粗略計(jì)算公式為c（H+）=

六.氫鍵

氫原子與電負(fù)性大的原子X(jué)以共價(jià)鍵結(jié)合，若與電負(fù)性大、半徑小的原子Y（O F N等）接近，在X與Y之間以氫為媒介，生成X-H…Y形式的一種特殊的分子間或分子內(nèi)相互作用，稱為氫鍵，氫鍵能影響一些物理性質(zhì)。

1.分子間有氫鍵的物質(zhì)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比同系列氫化物的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高，如NH3、H2O、HF等。分子內(nèi)生成氫鍵，熔、沸點(diǎn)常降低，鄰硝基苯酚沸點(diǎn)比間硝基苯酚沸點(diǎn)低。

2.在極性溶劑中，如果溶質(zhì)分子與溶劑分子之間可以形成氫鍵，則溶質(zhì)的溶解度增大。

3.分子間有氫鍵的液體，一般粘度較大。例如甘油、磷酸、濃硫酸等多羥基化合物，由于分子間可形成眾多的氫鍵，這些物質(zhì)通常為粘稠狀液體。

4.液體分子間若形成氫鍵，有可能發(fā)生締合現(xiàn)象，分子締合的結(jié)果會(huì)影響液體的密度。冰密度比液態(tài)水小是因?yàn)闅滏I具有方向性，增大分子空隙的結(jié)果。

七.氫能

氫能是一種極為優(yōu)越的新能源，其主要優(yōu)點(diǎn)有：燃燒熱值高，每千克氫燃燒后的熱量，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃燒的產(chǎn)物是水，是世界上最干凈的能源。資源豐富，氫氣可以由水制取，而水是地球上最為豐富的資源。

作者簡(jiǎn)介：王坤，男，1972年10月出生，湖北襄陽(yáng)市人，中學(xué)化學(xué)高級(jí)教師，華中師范大學(xué)碩士畢業(yè)，是湖北省襄陽(yáng)市隆中名師，就職于中國(guó)百?gòu)?qiáng)中學(xué)湖北省襄陽(yáng)四中。