如果有人问你，氢是什么形状的？你一定会骂他神经病：“氢是气体，哪来什么形状？！”

氢只是气体吗？显然不是，它有气态、液态和固态。

氢只有这三态吗？你又错了！氢还有原子态、离子态、等离子体态、金属态和泥浆态。

“泥浆态？！”没错。

今天我们就来讲讲氢丰富的形态。

地球表面自然界中的氢极少，它在地球大气中的含量仅有0.0001%，所以我们很难找到游离态的氢。氢气是最轻的气体，因为密度只有0.08988g/L，它们都逃逸到大气层的上方，有一些被太阳风吹到了太空中。

正因为氢气很轻，以前它经常被用来给气球充气，好让它有足够的浮力飞上天。

最新探测结果表明，地球大气层外围主要是氢和氢气

在一个大气压下，氢在-252.879°C就开始沸腾，变为气体氢，所以我们一般看到的氢都是氢气。它由两个氢原子组合成H₂，这两个氢原子之间的距离为74.14pm，我们知道氢原子的直径是1.1Å，1Å=100pm，这意味着当两个氢原子组成氢气分子时，它的外层1s轨道的电子互相之间会有交叠。

氢气里的氢分子都是一样的吗？并不。

当两个氢原子相聚时，它们外围的那个电子有可能相互交叠在一起形成σ轨域，这时候两个电子会更多地出现在原子之间交连的区域；也有一种可能，两个电子“互不理睬”，这个时候两个电子出现在中间的可能性几乎为0，我们将其称为反键的σ*轨域。σ*轨域拥有的能级比σ轨域要高，所以一般来说氢分子形成σ轨域的可能性更大。

氢分子的σ轨域与反键轨域

除了外层电子轨域有可能不同，氢分子还会因为原子核旋转方向的不同而导致相互之间有差别。

氢的原子核只有一个质子，质子是带自旋的，当两个自旋方向相同的氢原子核组合时，它们组成的氢分子被称为“正氢”，而当它们旋转方向相反时，则被称为“仲氢”，氢分子的这种现象被称为旋转异构体。仲氢的能量低于正氢，在25K的低温下，仲氢的比例为99.01%；随着温度的上升，正氢与仲氢的比值逐渐趋向于3:1，当达到室温状态时，氢气中含有74.87%的正氢和25.13%的仲氢；因为正氢是氢气的激发态，你很难得到很纯的正氢。仲氢与正氢之间的转换很重要，生产氢气的化工企业使用催化剂来阻止仲氢的转换，这可以使液态氢气更少地挥发。

由于氢气实在是太占地方，它不利于储存及运输，所以我们需要把它变成液态。当将氢气的温度冷却到-252.87℃时，我们就得到了像水一样的氢。

液态的氢像水一样，无色透明

液态氢由99.79％的仲氢和0.21％的正氢组成。在沸点以下，液态氢的密度仅为70.99g/L，比水要轻多了，因此它运输起来也很方便。

那么，将液态氢直接用于火箭燃料是不是合适呢？还不行，在氢氧火箭的燃料槽里，我们需要一种叫泥浆氢的东西。

形象地说，泥浆氢就是在-259.14℃时氢的“浆糊态”，它介于液态与固态之间，有一定的流动性，但又不算是液体。

泥浆氢的优点很明显：它的密度要比液态氢高16~20％，这使得同样体积的燃料槽可以携带更多的燃料；它不是液体，不会晃荡；它不是固体，可以更快地输送到发动机里燃烧。

有这么多的优点，泥浆氢简直就是氢氧火箭的绝配。阿丽亚娜5型运载火箭