氫是最原始的元素。它在宇宙大爆炸後不久就誕生了,獨一無二。雖然它與元素周期表的第一組和第七組的元素有相似之處,但它實際上並不屬於這兩組。它就是如此獨特,與其他所有元素都不一樣,但這不是氫的錯,因為它生而如此。
原子由質子、電子和中子組成,這三種基本粒子可以說是組成元素的基石,元素的一切都是由它們的數量和比例來定義的,這三種“構件”決定了元素的特性和行為。氫之所以為氫,是因為它的原子核裏隻有一個帶正電的質子,如果質子更多的話,那就不是氫,而是別的元素了。氫原子核外,還有一個帶負電的電子繞著它旋轉,正負電荷平衡後,整體成為一個中性的原子。
第三種基本粒子是中子,它幫助質子將正電荷約束在致密的原子核裏。但隻含有一個質子的氫並不一定需要中子,在大多數情況下,沒有中子它也能運轉得很好。這也是氫與其他元素不同的特性之一。
如果說質子數賦予一個原子以身份,電子則賦予它化學性質。改變一個原子中的質子數是很難的,需要相當特殊的條件才能發生。而電子則可以很容易地“共享”“捐贈”“竊取”或“轉移”。氫元素隻有一個電子,因此如何利用這個電子才是最重要的事情。
當氫原子失去它的電子後,隻剩下一個微小的、**的質子(氫離子,H+)——一個帶正電荷的、小得難以想象的東西。它雖然很小,卻很威猛。氫離子(H+)是酸“咬人”的原因。失去電子牽絆的質子可以附著在其他分子上,改變這些分子的行為。在氫離子(H+)存在的情況下,很難發生的化學反應也有可能會發生,難溶於水的分子在氫離子(H+)的幫助下也會溶解在溶液中。
如果氫總是失去電子變成氫離子(H+),事情就會簡單得多。但實際上,它也可以得到一個電子變成氫負離子(H-)。但氫負離子(H-)隻在氫原子和其他原子共用電子時才發揮作用。氫鍵是三個原子之間共用的纖細的電子橋,氫原子位於這三個原子的中間。氫鍵改變了遊戲規則,正是它讓生命成為可能。氫鍵使水保持液態,讓冰浮於水麵。氫鍵的威力既強大到能讓DNA雙鏈結合在一起,但又弱到能被輕易分開,我們的生命密碼(DNA)信息才可能被讀取和複製。