氢的发展史

History of hydrogen

氢的诞生 · 万物之源

The Birth of Hydrogen

氢，是宇宙中最多的元素，占据宇宙质量的75%，原子数占宇宙的90%。

为什么宇宙中这么多氢？因为氢原子太简单了，它只需要一个质子和一个孤立的电子便可组成。

那么氢究竟是怎么诞生的？这就要从宇宙大爆炸说起了。

根据现在公认的理论，宇宙诞生于138.2亿年前的大爆炸，在大爆炸之后的百万分之几秒内，出现一种“夸克-胶子等离子体”物质，夸克和胶子以自由状态存在，并随着宇宙冷却结合形成质子和中子等

亚原子粒子，亚原子粒子在宇宙大爆炸后的第38万年形成了原子，以及宇宙最初的元素——氢。

随着时间的推移，氢元素中含有多个中子的氘（dāo）、和氚（chuān）在高温和高压下聚变生成质子数为1+1＝2的氦元素。而产生出的氦又会和氢继续反应，最终，在核聚变与核裂变的作用下，形成了构成多姿多彩世界的各种元素，所以说，氢是元素之首，是万物之源。

然而在地球上，氢元素的含量并不多。 这是因为地球相对于木星、土星等质量和体积大很多的行星而言，引力太小。我们熟悉的氢单质——氢气，因为密度远小于氧气和氮气，会突破地球的引力，跑到宇宙中去。所以 ，地球上的氢基本存在于化合物中，如水、石油、碳水化合物蛋白质等有机化合物。

说到这里，那我们人类是如何发现氢的？

氢的发现 · 人类的氢探索

Discovery of Hydrogen

一种“可燃空气”的发现

最先将氢气进行收集并认真研究的是英国科学家亨利·卡文迪许（Henry Cavendish，1731-1810）。

图为：亨利·卡文迪许

1766年，卡文迪许在论文《论人工空气》（On Factitious Airs）中提到一种“可燃空气（inflammable air）”：将一定量的铁和锌投入足量的盐酸和稀硫酸中反应，会产生固定量的气体，气体不能帮助蜡烛燃烧，与空气混合后点燃会发生爆炸。

但受燃素说的影响，卡文迪许认为这种“可燃空气”是金属溶解在酸中释放出自身的“燃素”，没有意识到可燃空气是一种新的元素物质，与真相擦肩而过。

*燃素说由德国化学家施塔尔（G.E.Georg Ernst Stahl，1659～1734）提出，认为“燃素”是存在于可燃物中的气态物质。可燃物燃烧的过程就是释放燃素或吸收燃素的过程。

氧化学说的兴起与氢元素的命名

1774年，同样作为燃素说信徒的英国化学家约瑟夫·普利斯特里（J.Joseph Priestley，1733-1804）在加热铅丹时收集到能使蜡烛燃烧更耀眼的气体，他将这种气体命名为“脱燃素空气（dephlogisticated air）”。

图为：约瑟夫·普利斯特里

1777年，法国化学家安托万-洛朗·拉瓦锡（Antoine-Laurent de Lavoisier，1743-1794）正式将脱燃素空气命名为“氧（Oxygen）”，并向巴黎科学院上交报告《燃烧概论》（Sur la combustion en général），提出划时代的新燃烧学说——氧化学说，认为燃烧是物质和空气中的氧气反应的结果，彻底地批判了在学术界享有统治地位的燃素说。氧化学说的问世加速了氢元素的最终确定。

图为：安托万-洛朗·拉瓦锡

1783年，拉瓦锡进行了热枪筒分解水实验，结合氧化学说得出解释：水其实是由氧气和可燃空气按照一定比例化合而成的，可燃空气并非燃素，而是一种“元素”。

最终，在1787年，拉瓦锡在《化学命名法》（Méthode de nomenclature chimique）中正式将可燃空气命名为“Hydrogène（氢）”，源自希腊语“水”和“生成”，意为产生水的元素。

HYDROGEN

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氢的应用 · 过去、现在与未来

Application of hydrogen

THREE

人类从对氢的发现、认识、应用已经经历了500年，16世纪，最早在医学领域发现氢气；17世纪，开始逐步发现氢的基础性能；18世纪，发现各种氢气制取方法，有了最早的氢气球；19世纪，有了氢气作为动力的研究成果，包括燃料电池、内燃机等；20世纪制氢方式变得成熟，并实现产业化；燃料电池进入航天动力；进入21世纪，全球很多国家将发展氢能列为国家战略。 而基于氢的还原性，一些前沿领域，如医学领域、农业领域，氢的应用也正在逐步兴起。

01

工业领域

工业目前是我国氢基能源最大的应用领域。氢气是重要的工业原料，已经被广泛用于合成氨、合成甲醇、石油化工和冶金等工业领域，逐步替代传统化石燃料，减少温室气体排放。此外，在电子工业中，电子材料、半导体材料和器件、集成电路及电真空器件的生产，也使用了高纯氢做还原气、携带气和保护气。

在双碳目标的约束下，预计氢基能源在工业领域应用规模将快速增长。

02

能源领域

氢是一种理想的二次清洁能源，不仅航天工业使用液氢作为燃料，日常生活中，汽车、轮船、火车都可用氢作为燃料。氢也可以用来发电，现在科学家们正在研究天然气掺氢，不久的将来还可用氢来烹饪美食。据国际氢能委员会预计，未来氢能在我国终端能源体系的占比将达10%，将逐步成为我国能源战略的重要组成部分。

随着燃料电池、氢燃气轮机等相关技术的成熟，氢气有望大规模替代传统能源系统，在交通领域实现全面铺设，包括私家车、公共交通工具乃至小型飞行器等，进而实现交通领域全方面的绿色脱碳。

03

医学领域

十几年的氢医学研究表明：氢具有选择性抗氧化的特性，可以一定程度的清除体内自由基，减少氧化损伤，从而一定程度的保护细胞免受损害。

氢不仅具有选择性抗氧化作用，还具有抗炎症、抗细胞凋亡的作用。研究显示，几乎人类所有的已知疾病都在某种程度上与炎症相关，而氢气具有明显的抗炎症机制，因此，氢气在捍卫人类健康的道路上潜力巨大。

氢还具有促进细胞修复和加快新陈代谢的作用，能将被氧化、受损和发生病变的细胞修复至健康状态，并通过增加细胞线粒体的能量，加快新陈代谢，从而改善健康问题，让身体重新恢复活力。

随着氢医学进一步发展和机理的探明，社会将逐步广泛接受氢医学的概念，而相关设备成本的降低和商品化也将使氢气作为一种常规养生手段走进千家万户。

04

农业领域

随着氢医学的发展，氢对其他生物的积极影响引起了人们关注。研究发现：氢对植物具有促进生长、提高抗逆性的作用，氢可提高农产品产量和品质，对农产品具有保鲜作用。氢对养殖业也具有积极作用，不仅能让鸡鸭猪长得更快，还可以减少疫病的发生。

未来全方面的氢农业不仅包括制氢设备，还将结合使用氢气或氢能源电池作为驱动动力的氢农业机械或氢农用无人机。 可以预见未来的氢社会将会是深度脱碳的，环保清洁的新型社会。

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温馨提示：根据《食品药品监督管理条例》，氢气不能替代药物治疗。返回搜狐，查看更多