氢 一切的开始
最轻的气体，最“小”的元素
我们平时给气球充气，不论用嘴吹还是用气泵打，气球都不往上飘——这样充进去的是普通空气甚至二氧化碳，密度不比周围空气小，不能给气球提供浮力。
但如果换成充氢气，气球就能轻松上天：氢气是最轻的气体，常温常压下的密度只有0.089千克/立方米，约为普通空气的1/14。晚清学者引进西方化学时，最早就叫它“轻气”。后来为统一气态元素的命名规则，才发明了“氢”字。
氢气无色无味，由氢元素组成。氢是所有元素里原子量(相对原子质量)最小的，只有1.008。一个“标准”的氢原子，原子核只有1个质子，没有中子，可谓极简。因此在元素周期表里，氢当仁不让地名列“1号元素”。
宇宙万物，数氢最多
由于氢元素组成最简单，宇宙大爆炸最初生成的元素、生成最多的元素，都是氢。在构成宇宙已知物质的原子总数量中，氢原子的比例超过90%!
氢元素主要集中于恒星，比如太阳大约92%的原子(相当于70.6%的质量)都是氢。但这个比例每时每刻都在下降，因为太阳中心不断发生核聚变——每4个氢原子核，聚变生成1个氦原子核，并释放出能量。太阳的光和热，就来源于此。
而在地球大气中，氢气的含量微乎其微，只有大约0.00005%(二百万分之一)。这一方面是氢气很轻，容易飘散到宇宙空间去。另一方面是氢元素的化学性质活泼，能和许多元素形成化合物，“藏身”于地球上的各种物质里。
比如几乎无处不在的水，每个水分子(H20)就是由2个氢原子、1个氧原子组成。天然气的主要成分甲烷(CH4)，每个分子中包括4个氢原子、1个碳原子。组成我们身体的各种蛋白质、脂肪、糖类、脱氧核糖核酸(DNA)等有机物，都含有氢元素。
两百年验明正身
藏起来的氢元素，会在化学实验里现身。16～17世纪，欧洲多位化学家发现，把铁屑放入酸液中，会产生一种可燃气体。但他们都没对此继续探究，与重大成果失之交臂。
18世纪的英国科学家卡文迪许，首次详细研究了这种“可燃空气”的性质：它无色无味，密度远小于普通空气，不溶于水，不能助燃，与空气混合后点燃会爆炸。但卡文迪许没有给氢气命名，也没意识到它就是水的组成部分。
直到1787年，法国科学家拉瓦锡才确定氢是一种元素。由于它燃烧后生成水，拉瓦锡用拉丁文把它命名为“Hydrogen(元素符号H)”，意思是“产生水的元素”。
化身清洁能源
由于氢储量大、重量轻，燃烧后只生成水，低碳无污染，还能反复循环利用，因此被视为理想的低碳环保能源。
不过，氢属于“二次能源”，不像煤炭、石油一样挖出来就能烧。需要先消耗电力，把水电解，才能获得氢气。而且氢气的储存运输比较麻烦，通常要用高压气瓶、低温液罐来储存，或是让氢与某些金属发生反应、形成“金属氢化物”，使用时再分解释放。
所幸经过百余年研发，氢能源技术已在汽车、工业生产、辅助发电等领域广泛使用。宇宙中最基础的氢元素，在人类的各种清洁能源中，也占据了一席之地。
何全 摘自《博物》2024.4
