氢气的物理性质包括其无色无味的气体状态,在标准状况下(温度为0℃,压强为101.325千帕),1升氢气的质量为0.089克,密度非常小,仅为空气的约1/14。氢气难溶于水,且在常温常压下为气体状态,但在-252.8℃时可以转变为无色液体,进一步冷却至-259.2℃时则变为雪花状的固体。这些物理性质使得氢气在特定条件下可以表现出不同的物理状态。
化学性质方面,氢气在常温下性质稳定,不易与其他物质发生反应。然而,当条件改变时(如点燃、加热或使用催化剂),氢气可以表现出多种化学反应性。例如,纯净的氢气在空气中可以安静地燃烧,生成水,而不纯的氢气点燃则可能发生爆炸。此外,氢气还具有还原性,可以夺取某些金属氧化物中的氧,使金属还原。这些化学性质使得氢气在工业上有广泛的应用,如作为燃料、还原剂等。
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。
氢气是氢元素形成的一种单质,化学式H2,分子量为2.01588。氢气可作为飞艇、氢气球的填充气体。氢气与电负性大的非金属反应显示还原性,与活泼金属反应显示氧化性。
工业上一般从天然气或水煤气制氢气,而不采用高耗能的电解水的方法。制得的氢气大量用于石化行业的裂化反应和生产氨气。氢气分子可以进入许多金属的晶格中,造成“氢脆”现象,使得氢气的存储罐和管道需要使用特殊材料(如蒙乃尔合金),设计也更加复杂。