水中的氢气是怎么来的?
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发布时间：2022-05-20 06:56
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热心网友
时间：2023-10-05 16:51
人工生产氢气,最为众所周知的方法莫过于电解水制氢.但是这种传统的方法并不经济,生相当于一升汽油热量的氢气,至少需要消耗45度电能,况且人类电能本来已经非常缺乏.生产清洁的氢能源,关键在于能够寻找到一种没有污染耗能少的方法,从含氢最丰富的资源——水中提取出氢分子来.在过去几十年里,研究人员都在寻找一些独特的催化剂,利用太阳的能量将氢气从水中提取出来.那些催化剂首先吸取太阳中的光子能量,然后利用这些能量加快水分子中氢原子和氧原子的裂解速度,而这两种原子反过来组成水分子的速度仍然很慢,所以最终有氢气和氧气从水中冒出来.这样的催化剂通常都是由一些无机物半导体材料制备而来的,譬如用在计算机芯片里面的硅元素.但是半导体催化剂的工作效率非常低,消耗的能量还是太多,根本不能进入真正的生产和生活领域.现在,研究者们正在努力寻找一些能够更有效地吸取太阳能量的催化剂,使它们在原子间传送电子的能力更强大、速度更快.现在,这样的催化剂已经找到,不过它已经不是半导体类的无机物了,而是一种超级生物大分子,或者说巨型分子复合体.这种巨型分子复合体主要由两部分构成——分别称为分子的两种亚基,一部分负责从太阳光中吸收光子能量,另一部分负责获取自由电子.以这种超级分子复合体为核心,可以组成一种利用日光能量将氢原子从水中提取出来的特殊装置.这种廉价高效的方法,可以获得大量的氢气用于驱动汽车、飞机、火车等,也可以用它们与空气中的氧气燃烧后生产清洁的水和能量,当然也可以用来制造燃料电池生产电能.
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时间：2023-10-05 16:51
初中化学就告诉我们，氢气不溶解于水，我们在学习氢气性质的时候，正是利用这个特点，使用排水法收集氢气。这个不溶解于水的概念在化学上并没有错误，但是在医学和生物学上，这个概念并不是那么准确，甚至会引起误解。溶解度是在一定温度下，某固态物质在100g溶剂中达到饱和状态时所溶解的质量，叫做这种物质在这种溶剂中的溶解度。如果没有指明溶剂，通常所说的溶解度就是物质在水里的溶解度。一般说溶解度（20℃）大于等于10g易溶，大于等于1g可溶，小于10g 大于等于0.01g微溶小于1g 小于0.01g为难溶（不溶）。气体的溶解度通常指的是该气体（其压强为1标准大气压）在一定温度时溶解在1体积水里的体积数。也有用“g/100g溶剂”作单位。氢气是能溶解于水的，在标准条件下，就是所谓的一个大气压，20度时，氢气的溶解度为1.83%。这里使用的常用气体溶解度单位是体积比，1.83%的含义是每100毫升水中可以溶解1.83毫升的氢气。就是在100%纯氢气条件下，气体缓慢溶解在水中，达到的最大体积为1.83毫升。这个溶解度确实比较小，在进行气体分析和研究时，甚至可以忽略不计。但是在生物学上，这个溶解度大约为0.8mM，或者大约每1升水中溶解1.6mg。在医学生物学领域mM和mg都是比较大的单位。我们服用的许多药物，也大多在这个数量级上。如果我们对氢气的这个溶解度有怀疑，我们可以对比一下另外一个重要气体，氧气的溶解度，氧气的溶解度在标准条件下为2.4%，和氢气的溶解度1.83%十分接近。在化学领域，氧气也被认为是不溶解于水的气体。如果氧气不溶解于水，甚至溶解的数量不足，那么生活在水中的鱼就不能呼吸到氧气了。其实人呼吸获得氧气，也必须首先经过氧气在血液中的溶解过程。
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时间：2023-10-05 16:51
在过去几十年里，研究人员都在寻找一些独特的催化剂，利用太阳的能量将氢气从水中提取出来。那些催化剂首先吸取太阳中的光子能量，然后利用这些能量加快水分子中氢原子和氧原子的裂解速度，而这两种原子反过来组成水分子的速度仍然很慢，所以最终有氢气和氧气从水中冒出来。这样的催化剂通常都是由一些无机物半导体材料制备而来的，譬如用在计算机芯片里面的硅元素。但是半导体催化剂的工作效率非常低，消耗的能量还是太多，根本不能进入真正的生产和生活领域。现在，研究者们正在努力寻找一些能够更有效地吸取太阳能量的催化剂，使它们在原子间传送电子的能力更强大、速度更快。现在，这样的催化剂已经找到，不过它已经不是半导体类的无机物了，而是一种超级生物大分子，或者说巨型分子复合体。这种巨型分子复合体主要由两部分构成——分别称为分子的两种亚基，一部分负责太阳光中吸收光子能量，另一部分负责获取自由电子。
