物理性质
氢气是无色并且密度比空气小的气体(在各种气体中,氢气的密度最小。标准状况下,1升氢气的质量是0.089克,相同体积比空气轻得多)。因为氢气难溶于水,所以可以用排水集气法收集氢气。另外,在一个标准大气压下,温度-252.87℃时,氢气可转变成无色的液体;-259.1℃时,变成雪状固体。
化学性质
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。氢气在催化剂的存在下能与大部分有机物进行加成反应。
氢气在空气中的含量非常低,大约为0.5ppm(百万分之五)左右。
由于氢气的相对分子质量非常小,导致其运动速度极快,很容易扩散到太空中去。因此,空气中的氢气含量极低,大部分集中在大气层的顶层。
在使用氢气时,需要注意安全。氢气在空气中燃烧爆炸的浓度范围是4%-74%,为了避免燃烧爆炸风险,建议吸入的氢气浓度在2%左右。
1、氢气是一种良好的化工原料,耗用氢气量最大的是合成氨,世界上约百分之六十的氢气用于合成氨,中国的比例更高。其次是经合成气(H2/CO2)制甲醇。氢与氯可合成氯化氢而制得盐酸。除能制氨和合成盐酸外,氢气还能还原有机物的硝基为氨基,如硝基苯氢化还原可制苯胺。用酮或醛和氢气还原烷化能制各种有机产品,例N-烷基-N苯基对苯二胺、防老剂4010,防老剂4020等。
2、由于氢气具有良好的还原性,且无污染,因此氢可代替碳作还原剂用于金属冶炼;此外,氢气还可用于光导纤维生产,金属的切割焊接,氢燃料电池汽车,分布式发电等。
3、在一般情况下,氢极易与氧结合。这种特性使其成为天然的还原剂使用于防止出现氧化的生产中。在玻璃制造的高温加工过程及电子微芯片的制造中,在氮气保护气中加入氢以去除残余的氧。在石化工业中,需加氢通过去硫和氢化裂解来提炼原油。氢的另一个重要的用途是对人造黄油、食用油、洗发精、润滑剂、家庭清洁剂及其它产品中的脂肪氢化。
4、氢气还可用作工业燃料,氢气作燃料用的优点之一就是分子量最低,而氢和氧的燃烧热值高,可达28670千卡/千克,比液氧和煤油的热值(10000千卡/千克左右)高得多,液氢是优良的火箭发动燃料,也可用于航天飞机的推进剂。据报导,中国从六十年代以来,已能生产液氢用于国防工业,先后建造了150、200、1500L/h的液氢生产设备,日总生产能力达数吨。
除此以外,还拥有容积为60m³、70m³的液氢槽车和多种规格的液氢公路槽车,以及贮运中的相关技术装备。中国1984年4月8日发射的第一颗试验通信卫星,使用的就是液氢和液氧推进剂。