氫是宇宙中最豐富的元素。木星和土星等氣體行星的主要成分是氫。然而,在地球內部,氫不是氣態(tài)的,而是金屬氫。因此,氫滴的微小變化可以告訴我們很多關于木星和土星的信息。與此同時,固體金屬氫將是一種神奇的未來材料,可以用作燃料,使航天器飛得更遠。它也可以用作超導體,允許電流無阻力地流動。
簡單材料的各種狀態(tài)氫有三種同位素:protium、氘和氚。自然界中99.985%的氫是protium.它有世界上最簡單的原子結構,一個電子圍繞著一個質子。此外,氘的原子核由一個質子和一個中子組成,它在自然界中的含量通常約為所有氫元素的七分之一。 氚核由一個質子和兩個中子組成。它具有放射性,在自然界中很少存在。在實驗室里,氫的其他四種同位素也可以人工合成:氫4、氫5、氫6和氫7.
在我們的本性中,氫主要以氫的形式存在,氫是由兩個原子結合形成一個分子而形成的。然而,隨著壓力和溫度的變化,原子的密度和排列也會發(fā)生變化,所以氫實際上有許多狀態(tài)。 在常壓下,當溫度降至-252.88℃時,
氫氣將變成液體,當溫度進一步降至-259.125℃時,
氫氣將變成固體。
氫也可以"把氣體燒成金"但是在高溫下,隨著壓力的增加,氫首先會變成透明的液態(tài)氫,這時分子可以自由流動;然后它變成不透明的液態(tài)氫,此時液體中既有分子也有原子。最后,分子鍵完全斷裂,變成由原子組成的液態(tài)金屬氫。 最后,隨著壓力的增加,氫原子核排列在一起,電子可以自由移動,這就是固態(tài)金屬氫狀態(tài)。