化學原理啟迪440
Georges Chakra Couture Spring/Summer 2013
1.
在正常的溫度壓力條件下，「氫」是無色、無味的氫氣分子H2氣體。因為氫氣分子的莫耳量小、且是非極性的，因此氫的熔點－260℃和沸點－253℃都非常低。
2.
氫氣是高度易燃的，空氣的混入18%到60％體積的氫氣會爆炸。化學課會教，將氫氣和氧氣灌入肥皂水，使肥皂水起泡，然後，再用放置在長棍末端的蠟燭點燃泡泡，隨即產生巨大的爆炸。
3.
工業氫氣的重要來源是，在高溫（800～1000℃）與高壓（10～50atm）下，加上金屬催化劑，使「甲烷」與「水」反應：
CH4(g)＋H2O(g)－heat,pressure,catalyst→CO(g)＋3H2(g)
4.
汽油製程也會產生大量的氫氣副產品，工業就是將高分子量的碳氫化合物，斷裂成適合汽車使用的較小分子。
5.
電解水能製造出純氫氣，但是用電解大量生產氫氣不划算，因為使用的電力會花很多錢。工業使用的氫氣是用氨生產的，稱為哈柏法 the Haber process。
6.
「氫氣」可用來氫化不飽和植物油（含有碳＝碳雙鍵），使植物油變成固體、飽和性的脂肪（含有碳－碳單鍵）：
7.
「氫」的化學行為是標準的非金屬，「氫」如果與非金屬結合將產生共價化合物；「氫」如果與活性金屬結合將形成鹽類。含有氫的二元化合物稱為氫化物hydrides。
8.
氫化物分為三類，第一類是「氫原子」與活性最強的金屬結合，如此產生的化合物稱為離子氫化物ionic hydrides；
9.
除了「氫」以外，1A族與 2A族元素是活性最強的金屬元素，例如LiH和CaH2，它們是由氫離子H－和金屬陽離子組成的離子化合物。
10.
氫陰離子H－小小的1s軌域塞進2個電子，這造成強大的「電子－電子斥力」，又因為氫原子核只有1＋電荷，所以氫離子是強還原劑。舉例來說，離子性的氫化物放入水中會激烈反應產生氫氣：
LiH(s)＋H2O(l)→H2(g)＋Li＋(aq)＋OH－(aq)
11.
氫與非金屬元素結合會產生共價氫化物covalent hydrides，這是第二類氫化物。共價氫化物有HCl、CH4、NH3、H2O，其中最重要的氫化物是水。
12.
水分子的極性使水具有許多特殊的性質，水的實際沸點比按照他的莫耳量所預期的高；水的蒸汽熱大、熱容量也大，這2個特性使水成為非常好用的冷卻劑。
13.
液態水的密度高於固體冰，這是因為固態下，水分子間的氫鍵要達到最強，彼此必須相隔一段距離。水對離子和極性物質來說，是很好的溶劑；水是維繫生命系統運作的有效媒介。事實上，水是少數對有機體無毒的共價氫化物。
14.
第三類氫化物是金屬氫化物metallic hydrides或填隙氫化物interstitial hydrides；過度金屬晶體與氫氣反應即會產生金屬氫化物。氫分子在過渡金屬表面分解，然後小顆的氫原子鑽入過渡金屬晶體結構的洞隙，稱為填隙interstices。
15.
過渡金屬與氫的混合物，比較像固態的溶液，而不是化合物。鈀能夠吸收比自己體積大900倍的氫氣。
16.
我們可以用鈀純化氫氣，方法是在低壓下將空氣裝入容器中，容器裡有一片薄薄的鈀金屬壁隔開不同的空間，氫氣將擴散穿越鈀金屬壁到另一個隔間，留下不純然是氫氣的空氣於原本的空間。
17.
雖然氫能與過渡金屬結合成化合物，例如UH3和FeH2，但填隙氫化物的組合方式並不像化合物那樣固定不變，而是十分多樣的；
18.
依據過渡金屬暴露於氫氣的程度大小，而填入不同數量的氫原子，因此有許多不同的非化合物比氫化物nonstoichiometric hydrides，這就是為什麼它們的化學式的元素係數比例並非整數，而是LaH2.76和VH0.56。
19.
加熱填隙氫化物，會使得金屬吸收的氫元素，以氫氣的形式逸散出去，因此填隙氫化物，可作為儲存氫氣的可動式燃料。
20.
汽車的內然機，稍做改裝便可燃燒氫氣，但是要怎麼儲存相當里程數的氫氣，至今仍是問題。有一種解決的辦法是，讓油箱的一部份裝汽油，另一部分裝過渡金屬構成的蜂窩狀固體。
21.
將氫氣打進蜂窩狀過渡金屬固體，製造出填隙氫化物，當引擎需要額外的能量，氫氣便從填隙氫化物中釋放出來；有許多汽車公司已經開始試用這個系統。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》
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