本周美國化學會分子檔案:最簡單也最不簡單的氫分子!

2021-01-13 化學者

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本周美國化學會分子檔案編輯給我們帶來了熟悉的化學微粒——氫分子,我的身材最小,但重要性最大。我是什麼分子?嘿嘿,我是氫分子。

令人驚訝的是,迄今為止,最小最簡單的氫原子和氫分子,尚未出現在「本周分子」檔案中。氫是宇宙中最豐富的元素,約佔其質量的75%。但它僅佔地球大氣的0.5–1.0 ppm。同樣,氫只佔地殼質量的0.75 %。當然,氫元素在地球表面有很大的組成部分,主要是因為有大量的水。

英國科學家亨利·卡文迪許(Henry Cavendish)於1766年首次將氫描述為一種元素。他稱其為「易燃空氣」。七年後,法國化學家Antoine Lavoisier將其命名為氫氣(希臘語中為「水形成物」)。他還表明分子中有兩個氫原子。

氫在工業化學生產中極為重要。由於運輸危險,因此幾乎總是在使用地點去生產。它主要由蒸汽重整天然氣(CH 4 + H 2 O→CO + 3H 2)和其他輕質烴生產。蒸汽重整過程中通過水煤氣變換反應生成的一氧化碳通常會產生額外的氫氣(CO + H 2 O→CO 2 + H 2)。這兩個反應都需要催化劑,並且在高溫和高壓下進行。

法國最近的兩份報告引起了人們的興趣:從理論上講,只要施加足夠高的壓力,就可以像其他所有元素一樣將氫製成金屬。許多科學家聲稱可以製造金屬氫,但沒有一個能使科學界滿意。

今年早些時候,法國替代能源和原子能委員會(Arpajon)的Paul Loubeyre ,Florent Occelli和Paul Dumas使用具有新型擠壓表面的砧座來達到足夠的壓力(> 400 GPa),從而形成了金屬氫,並通過紅外光譜鑑定。並且鑑定結果與金屬性的理論計算相符。

氫是為數不多的在燃燒發電或推動車輛時不釋放溫室氣體的能源之一。但不要忘了。目前幾乎所有的氫生產都會釋放二氧化碳——全球每年約有10億噸。根據巴黎國際能源署的說法,可再生能源驅動的水電解技術在2030年之前,還不足以使「綠色」氫氣價格低廉。

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