氢

米拉Senthilingam

这周我们来听听站在顶端是什么感觉，首先，我们来见见元素之王。布莱恩·克莱格报道。

布莱恩·克莱格

忘记唐宁街10号或宾夕法尼亚大道1600号吧，它们是英国最负盛名的地址宇宙在元素周期表中排名第一，氢．在科学中，简单和美丽通常是等同的——这使得氢变得如此美丽，一个质子和一个电子组成了现存最紧凑的元素。

自从原子在大爆炸的残留物中形成以来，氢就已经存在了，而且是迄今为止最丰富的元素。尽管数十亿年来无数恒星将氢融合成氦它仍占宇宙中可探测成分的75%。

这种轻、无色、高度易燃的气体通过仅有的命名同位素(其中一些最著名的同位素)——原子核中有一个中子的氘和原子核中有两个中子的氚保持着它的独特性。

氢是生命、宇宙以及几乎所有事物的基本元素。事实上，生命是成倍地依赖于它的。没有氢，我们就没有太阳给我们热和光。就不会有有用的有机化合物来构成生命的基石。而生命存在的最基本物质，水，将不复存在。

多亏了氢的特殊作用，我们才能用水。氢形成弱键之间的分子，依附在相邻的分子上氧气，氮或氟原子。正是这些氢键这赋予了水很多属性。如果它们不存在，水的沸点将低于-70摄氏度。液态水不会出现在地球上。

氢是16世纪瑞士炼金术士帕拉塞尔苏斯(Paracelsus)在不知情的情况下发现的，他也被称为Theophrastus Philippus Aureolus Bombastus von Hohenheim。他发现，一些易燃的东西从金属中冒出来，被扔进强酸中，而不知道形成金属盐并释放氢气的化学反应，包括罗伯特·博伊尔在内的许多人在多年后独立发现了这一点。

然而，第一个意识到氢是一种独特物质的人，他称之为“可燃空气”的人是亨利·卡文迪许，威廉·卡文迪许的高贵祖先，他后来以自己的名字命名了世界上最著名的剑桥物理实验室。在18世纪60年代到80年代之间，亨利不仅分离出了氢，而且发现氢燃烧时与氧气(或所谓的“无燃素空气”)结合产生了水。这些笨拙的术语被法国化学家安东尼·拉瓦锡(Antoine Lavoisier)抛在一边，他彻底改变了化学命名，把可燃空气称为“氢”，即水的基因或创造者。

因为氢很轻，这种纯元素在地球上并不常见。它就会飘走。空气的主要成分氮和氧分别重14倍和16倍，这给了氢巨大的浮力。氢的这种轻性使它自然而然地成为其最初的实际用途之一——充注气球。没有气球能像氢气球一样飞得那么快。

第一个这样的空中飞行器是法国科学家雅克·查尔斯在1783年创造的，他受到蒙戈菲兄弟几个月前热风成功的启发，在浸湿橡胶的丝绸气球中使用氢气。氢在飞行器上似乎有一个有保证的未来，在刚性框架上建造的飞艇的发明加强了这一点，这种飞艇在英国被称为飞艇，但在德国更广为人知的绰号是齐柏林飞艇，以其热情的推广者格拉夫·费迪南德·冯·齐柏林命名。

这些飞艇很快就成了空中的航线，安全而顺利地运载着乘客穿越大西洋。但是，尽管氢极轻，但它还有另一个杀死飞艇的特性——氢高度易燃。世界各地震惊的观众在电影中看到了兴登堡号巨型齐柏林飞艇的毁灭，很可能是由静电引起的火灾造成的。氢飞船注定要失败了。

然而，由于氢气燃烧的原始效率，它仍然是交通领域的一个参与者。美国宇航局的许多火箭，包括阿波罗计划的土星5号的第二和第三阶段以及航天飞机的主发动机，都是由燃烧液氢和纯氧提供动力的。

最近，氢被提议作为汽车中化石燃料的替代品。在这方面，它比汽油有一个很大的优势，即燃烧只提供水。没有温室气体排放。最有可能使用氢气的方法不是将其爆炸燃烧，而是将其用于燃料电池中，在燃料电池中，电化学反应用于产生电力为汽车提供动力。

不过，并不是所有人都相信氢燃料汽车是未来的趋势。我们需要一个氢燃料站网络，而它仍然是一种危险的爆炸性物质。同时，它的效率比汽油低，因为一升汽油的效率大约是汽油的三倍更多的它的能量比一升液态氢还要多(如果你使用压缩氢气，它的能量可以多十倍)。另一个问题是获取氢。它要么来自碳氢化合物，可能会留下温室气体的残留物，要么来自电解水，使用的电力可能不是清洁产生的。

但是，即使我们没有氢燃料汽车，氢仍然有一个更引人注目的能源的未来——核聚变，太阳的能源。核聚变电站距离实际应用还有几十年的时间，但它带来了清洁、充足能源的希望。

不管我们怎么使用氢，我们都不能夺走它的主位置。它是至高无上的，是元素之王。

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所以它是最丰富的元素，是地球上生命的必需品，是太空火箭的燃料，可以解决我们对化石燃料的依赖。你可以理解为什么布莱恩·克莱格把氢列为第一。下周我们将见到元素周期表的计时员。

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不过，目前的一种应用是原子钟铷被认为不如铯．铷版本的原子钟利用铷-87同位素的两个超精细能态之间的跃迁。这些时钟使用微波辐射进行调谐，直到它与超精细转变相匹配，此时辐射波峰之间的间隔可以用来校准时间本身。

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要了解更多铷的角色，请加入汤姆·邦德下周的节目元素中的化学．我是Meera Senthilingam，感谢收听，再见。