1 H 氢 1.008
非金属 s-block Period 1 Group 1

氢

H · Element 1 · Alkali metals

The simplest atom there is — one proton, one electron — and about 90% of every atom in the universe.

20°C时的状态 气态
原子量 1.008 u
ELECTRON CONFIGURATION 1s¹
All 118 2He

结构

氢 原子

这不是环上点阵的示意图，而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号，这正是成键成为可能的原因。

轨道云

测量值

性质表

每个条形图都显示氢在全部118种元素中该性质的排名位置。

物理

密度 8.99e-5 g/cm³ 0%
熔点 14 K 1%
沸点 20.3 K 1%
比热容 14.304 J/g·K
热导率 0.18 W/m·K 11%

原子

原子半径 53 pm 3%
共价半径 31 pm
范德华半径 120 pm

电子

电负性 2.2 78%
电离能 1312.2 kJ/mol 94%
电子亲和能 72.4 kJ/mol 57%

存在

地壳中的丰度 1400 mg/kg 91%

身份

符号H
原子序数1
原子量1.008 u
类别非金属
区s
晶体结构六方
氧化态-1, +1
发现时间1766
发现者Henry Cavendish

来源：IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值，而非测量值。

按比例显示的大小

How big is a 氢 atom?

Radius 53 pm — that is 0.053 nm, so about 9434 million of them side by side would span a millimetre.

热范围

Solid, liquid, gas — and when

氢 is liquid over a 6 K window, from 14 K to 20 K.

所在位置

在表中的位置

氢 sits in period 1, group 1. Everything in group 1 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER 非金属

6C 7N 8O 15P 16S 34Se
All 非金属

故事

氢 是什么，以及我们如何发现它

宇宙的基础元素

氢是宇宙中最简单、丰度最高的元素，约占所有普通物质的75%。氢只有一个质子和一个电子，是所有其他元素在恒星内部形成的基本构成单位。

物理性质

在标准条件下，氢以无色、无味、无嗅的双原子气体（H₂）存在。它是最轻的元素，密度比空气小14倍，因此充氢气球会迅速上升。氢在极低温度-253°C（-423°F）时变为液态，在-259°C（-434°F）时变为固态。

化学特性

氢表现出独特的化学行为，根据反应条件不同，既可作为还原剂，也可作为氧化剂。它容易与非金属形成共价键，与活泼金属形成离子化合物。H-H键能为436 kJ/mol，使H₂相对稳定，大多数反应都需要活化能。

同位素种类

氕（¹H）：丰度为99.985%——没有中子的“普通”氢

氘（²H或D）：丰度为0.015%——含有一个中子的“重氢”，用于核聚变

氚（³H或T）：痕量——具有放射性，含有两个中子，半衰期为12.3年

应用

氢的用途

革命性的工业应用

🚀 航天与能源技术

  • 火箭燃料：液氢为NASA的太空发射系统和SpaceX星舰上面级提供动力，具有所有化学燃料中最高的比冲（效率）
  • 燃料电池：Toyota Mirai和Hyundai NEXO车辆使用氢燃料电池，将H₂ + O₂ → H₂O + 电能，且零排放
  • 绿色能源储存：利用过剩的可再生能源电解水，制取氢以便日后发电

🏭 化学品制造

  • 氨的生产（哈柏法）：在450°C和200个大气压下，N₂ + 3H₂ → 2NH₃，每年生产1.75亿吨，用于制造肥料
  • 甲醇合成：在250°C下使用铜-锌催化剂，使CO + 2H₂ → CH₃OH，用于制造塑料和燃料
  • 加氢：在人造黄油和起酥油生产中，使用镍催化剂将不饱和脂肪转化为饱和脂肪
  • 加氢裂化：在400°C和100多个大气压下使用氢，将重质石油分子分解为汽油和柴油

🔬 先进技术

  • 半导体制造：超纯氢为硅芯片生产提供还原性气氛
  • 浮法玻璃工艺：氢-氮气氛防止窗玻璃制造过程中的氧化
  • 金属加工：氢将金属氧化物还原为纯金属：CuO + H₂ → Cu + H₂O
  • 焊接：原子氢焊通过在焊接点重新结合H原子，达到4000°C

处理

安全

全面的安全信息

⚠️ 主要危害

易燃气体——极高火灾危险

  • 点火范围：在空气中为4-75%（所有气体中范围最宽）
  • 自燃温度：500°C（932°F）
  • 火焰速度：最高可达3.46 m/s——燃烧极快
  • 不可见火焰：氢在日光下燃烧时，火焰呈几乎不可见的淡蓝色

🛡️ OSHA接触限值

  • 没有规定的接触限值——氢在生理上呈惰性
  • 窒息风险：浓度超过25%时可能置换氧气
  • 单纯窒息性气体：在密闭空间内会因置换氧气而造成危险

🧤 个人防护装备

  • 眼部防护：处理液氢时佩戴安全眼镜或面罩
  • 皮肤防护：处理低温液氢时佩戴隔热手套
  • 呼吸防护：浓度超过10%时使用自给式呼吸器
  • 衣物：穿宽松衣物以防止静电积聚；不得使用合成材料

📦 储存要求

  • 气体储存：使用承受150-200 bar压力的钢瓶
  • 液体储存：使用-253°C的双层真空绝热杜瓦瓶
  • 位置：存放在通风良好的区域，远离点火源
  • 接地：所有设备必须接地，以防止静电放电
  • 检测：必须安装氢气传感器（催化珠型或热导率型）

🚨 应急程序

气体泄漏：

  • 立即疏散该区域——氢会上升并在天花板附近积聚
  • 消除50英尺范围内的所有点火源
  • 从上至下为该区域通风
  • 只能使用无火花工具

火灾：

  • 除非能够切断气源，否则不要扑灭氢火焰
  • 用水雾冷却周围设备
  • 如果容器发出的声音发生变化或出现变色，立即撤离

低温暴露：

  • 冻伤处理：用温水逐渐温暖受影响部位
  • 不要揉搓冻伤部位
  • 严重暴露时立即就医

快速回答

氢：常见问题

What is 氢?

氢 (symbol H) is element 1 on the periodic table, a 非金属 in period 1, group 1. The simplest atom there is — one proton, one electron — and about 90% of every atom in the universe. At room temperature it is a gas.

What is the electron configuration of 氢?

氢's ground-state electron configuration is 1s¹, giving 1 occupied shell holding 1 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of 氢?

氢 melts at 14 K (-259.1 °C) and boils at 20.3 K (-252.9 °C).

What is the atomic mass of 氢?

The standard atomic weight of 氢 is 1.008 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is 氢?

氢 is a gas at room temperature; its density is about 0.09 g/L at 0 °C and 1 atm — roughly lighter than air.

What is the electronegativity of 氢?

氢 has a Pauling electronegativity of 2.2. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered 氢, and when?

氢 was discovered in 1766 by Henry Cavendish. It is named after greek hydro + genes, "water-former".

How common is 氢 on Earth?

氢 makes up about 0.14% of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.

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