【原】宇宙之源和生命之光：氫

大科技雜志社 2020-09-30

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氫是宇宙中最古老的元素，太陽誕生之前它就已經(jīng)存在了；宇宙一切物質(zhì)都出自于氫；水中有它，太陽的能量來源于它，將來地球的能源也指望它。讓我們一起來了解氫的奇妙。

宇宙元素之母

氫在地球上似乎不太起眼，地殼里的氫大約只占總質(zhì)量的1%，大氣里的氫也只占大氣總體積的二百萬分之一。然而，放眼整個宇宙，氫卻是最主要的元素，氫原子占了整個宇宙原子數(shù)的88.6%，在宇宙中無處不在。氫也是誕生最早的元素，科學(xué)家們普遍認(rèn)為，宇宙大爆炸之后生成了中子和質(zhì)子，中子和質(zhì)子結(jié)合成原子核，原子核捕獲電子形成氫原子。許多氫原子通過引力作用，不斷發(fā)生聚變反應(yīng)，釋放出巨大能量，催生了第一代恒星。后來，通過恒星對氫元素的不斷“加工”，形成其他各種元素，才有了今天多姿多彩的宇宙和生機(jī)盎然的地球。

氫就在水中

水分子的化學(xué)式是H2O，其中H代表氫原子，O代表氧原子，也就是說，每個水分子都是由2個氫原子和1個氧原子結(jié)合成的。生命離不開水，加上氫是能量之源，氫可真是生命的親密伙伴。

生命能量的來源

地球上一切生命所需的能源全部來自于太陽氫聚變釋放的能量。太陽中的氫元素含量至今都十分豐富，其質(zhì)量占到太陽總質(zhì)量的71%。在太陽內(nèi)部高溫高壓的環(huán)境中，大量氫原子發(fā)生聚變反應(yīng)，釋放出巨大能量，并以光和熱的形式向周圍輻射開來，使地球生命的生存和繁衍成為可能。

最輕的氣體

氫氣是世界上已知密度最小的氣體，即在同等體積下，氫氣是質(zhì)量最輕的氣體，因此，大氣里的氫氣含量不高，而且大多集中在大氣層頂部。以前，人們曾用氫氣來填充飛艇、氫氣球，但當(dāng)氫氣與氧氣混合達(dá)到一定比例時，氣體遇到靜電、明火或電火花就很容易燃燒或爆炸，十分危險，因此氫氣不再作為填充氣體，而被不易燃燒的氦氣取代。

優(yōu)秀的能源

隨著化石燃料日益枯竭，人類急需找到一種高效、安全、清潔而且儲量豐富的新能源，氫就是一位優(yōu)秀的候選者。首先，它完全燃燒后產(chǎn)生的能量很高，每燃燒1千克氫氣可產(chǎn)生14萬千焦的熱量，可供一輛小汽車行駛大約40千米，同等質(zhì)量的汽油只能讓小汽車行駛大約13千米；其次，氫氣在氧氣中燃燒只產(chǎn)生水，不會產(chǎn)生其他污染環(huán)境的物質(zhì)，非常清潔、環(huán)保；而且，氫氣燃燒生成的水也是人類賴以生存的資源，可以循環(huán)利用；最后，氫氣很容易獲得，因為水中就有氫，可以說，一旦技術(shù)成熟，氫能源幾乎是用之不竭的。