密度最小的气体

氢气是氢（H）元素的单质形态，化学式为H₂。氢气在常温常压下是一种无色、无味、无毒、易燃易爆炸气体，分子量为2.0157，在0 ℃、101.325 kPa条件下的密度为0.08987 g/L。

密度最小的气体：

1、氢气。

2、氢气难溶于水中，在21 ℃时，水中溶解度仅为1.62 mg/L。氢气是世界上已知密度最小的气体，也是自然界中最轻的气体，其具有可燃性、还原性、氧化性等化学性质。

3、氢气不仅可以用于填充气球、治疗疾病，在工业上作氢化剂和还原剂，而且它也是21世纪主要研究的一种新型的清洁能源，可以作为航空燃料或以燃烧电池的方式为汽车提供动力。氢气可以通过电解水、水煤气、烃类转化法等方法制备。

氢气的化学结构：

1、H₂是H元素的单质形态，是最轻的双原子分子。每一个H原子在1s原子轨道上有一个电子，H₂分子的成键模型可以描述为两个H原子分别提供一个电子形成共价键。当两个H原子的核间距达到一定值时，体系能量达到最小值，此时平衡距离为0.0746 nm，键能为4.52 eV。

2、两个H原子的1s原子轨道可以线性组合成σ₁s（成键分子轨道）和σ₁s*（反成键分子轨道）。当电子进入成键分子轨道时，系统能量降低，电子进入反键分子轨道时，系统能量升高。两个H原子提供的两个1s电子会以自旋相反的方式进入能量较低的σ₁s成键分子轨道，形成1个以σ键结合的H₂分子，其分子轨道排布式为H₂[(σ₁s)²]。

3、由于原子核的自旋不同，氢气会形成两种不同的自旋异构体。当两个原子核自旋方向相同时，为正氢；当两个原子核自旋方向相反时，为仲氢。氢气通常是正氢和仲氢的平衡混合物，室温下，氢气由75％正氢和25％仲氢构成。正氢和仲氢之间可以相互转换，当温度降低时，正氢会转换为仲氢，并释放出热量。

氢气的理化性质：

1、物理性质

常温常压下，H₂是一种无色、无味、无毒的气体，具有体积小、分子量小、黏度低、抗磁性的特点。在100 kPa时，熔点为-259.2 ℃，沸点为-252.8 ℃，在25 ℃时的蒸气压为1.6×10⁵ kPa，在0 ℃，101.325 kPa的密度为0.08987 g/L，难溶解于水中，在21 ℃时水中溶解度仅为1.62 mg/L，爆炸极限为4.0%-75.6%。

2、化学性质

氢气具有可燃性，能在空气或氧气中燃烧，发出淡蓝色的火焰，燃烧中释放热量。氢气的爆炸极限是4.0%-75.6%（体积浓度），即氢气在空气中的体积浓度在该极限之间时，遇火源就会爆炸，因此氢气在点燃前需要验纯。

氢气的还原性较强，常作为还原剂参与化学反应，可以和许多金属氧化物、卤化物、卤素等在加热、高温等条件下反应。氢气能够还原金属活性在Mn（包括Mn）之后的元素形成的氧化物，而且其还原能力与温度、气体流量等条件均有关系。

氢气的的储存方式：

1、高压气态储氢

氢气可以在高压（一般储氢压力为12-15 MPa，有的可高达20M Pa）装进气体瓶中，通过减压阀控制氢气的释放。该方法具有成本低、能耗低、充放氢速度快等优点，是如今最常用的储氢方式，钢瓶通常都是耐压厚重，而且由于常在高压的环境下，容易造成氢脆，使得钢瓶内部出现裂缝，有泄露氢气的潜在危险。

现如今，为解决厚重容器的问题，已研发多种新型轻质气瓶：纤维环向缠绕钢瓶、金属内胆纤维全缠绕复合材料气瓶、全复合轻质纤维缠绕储氢氢罐等。

2、低温液态储氢

氢气在熔点-沸点温度区间时，氢气会以液态的形式存在，因此可以使用液氢储存。液氢储存质量小、体积小、密度高、纯度高，是一种理想的储氢方式，但是该储氢技术的液化过程耗能大、易挥发，为了保持低温、防止液氢挥发，需要花费较大的成本制造储氢装置，所以该储氢技术目前基本只用于航天航空行业。