氫(Hydrogen)的性質

氫(Hydrogen)的性質
國立林口高級中學化學科林明祥老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

地殼中蘊藏最豐富的元素是氧，而宇宙中含量最豐富的元素是氫，氫大約佔據宇宙質量的75%。自然界中，氫元素的分佈也是十分廣泛，不過大多存在於化合物中，如水、石油、碳水化合物蛋白質等有機化合物，而僅少數以氫分子(H₂)形式存在。而在恆星上，氫則以電漿態形式存在。

氫是最簡單的元素，原子序為1，位在元素週期表第一位，元素符號為H，其原子質量為1.00794 amu。氫原子本身沒有中子，僅由一個質子與電子構成。

其它關於氫原子的資料，整理如下：

由於氫原子擁有單個電子，所以氫原子容易接受（還原）或失去（氧化）一個電子，氫原子還原生成氫化物(Hydride, H^–)，反之氫原子氧化形成氫離子(H⁺)，因為氫離子本身沒有中子， H⁺ 實為質子(Proton)。氫與電負度大的原子（如鹵素、氧和氮）形成化合物時，本身失去電子被氧化，氧化數為+1；相對地，當與電負度小的原子（如金屬）形成化合物時， 本身得到電子被還原，氧化數為 -1。 除了電漿態的物質外，氫離子無法單獨存在晶體或溶液中，這是因為氫離子粒徑小而有極高的正電荷密度，雖然在水溶液中經常以「水合氫離子(H₃O⁺)」來表示 H⁺，不過這也只是一種理想化的情形，事實上氫離子在水溶液中是以類似於H₉O₄⁺ 的形式存在。此外，儘管在地球上少見，H₃⁺ 離子(trihydrogen cation)卻是宇宙中最常見的離子之一。

自然界中，氫有三種同位素，分別為：氕（¹H，含量99.985%）、氘（²H，D，含1個中子，含量0.015%）、氚（³H，T，含兩個中子，痕量）。有趣的是，在眾多元素中，氫同位素是唯一各自擁有自己名字的同位素。另一個與其它元素不同的地方，是氫同位素間有很大性質的差異。如重水(D₂O)可當核反應中的減速劑；水中若含超過40% D₂O即有毒；氚有放射性（半生期約12.32年）。此外，以人工方法合成的氫同位素目前有： ⁴H、⁵H、⁶H、⁷H。

參考資料

1. 曾國輝，《化學(下冊)第二版》，藝軒圖書出版社，第643頁至第645頁，2001年1月。
2. Albert Stwertka著，劉廣定 增訂，《化學元素導覽》，世潮出版社，第14頁至第17頁，2004年8月。
3. WIKIPEDIA網站–Hydrogen  http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen
4. Cambridge Crystallographic Data Centre網站–Element Name List
http://www.ccdc.cam.ac.uk/products/csd/radii/table.php4
5. 圖一來源：維基百科網站–氫
http://zh.wikipedia.org/zh-tw/Fi … ll_001_Hydrogen.svg
6. 圖二來源：維基百科網站–氫
http://zh.wikipedia.org/zh-tw/File:Hydrogen_atom.svg