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水素はなぜパチパチと音を立てて燃えるの?

<ブロック引用>

「宇宙で最も一般的な2つの要素は、水素と愚かさです。」 ~ ハーラン・エリソン

リオネル・メッシとクリスティアーノ・ロナウドのファンの間で最も共通していることは何ですか?

それは彼らのアイコンに対する愛や熱狂的な愛情ではなく、HYDROGEN です。

水素は、質量で人体の約 10% を占めています。体全体に水やその他の有機分子の形で存在します。

では、私たち全員の共通点 は水素です。

周期表の最初の要素であり、宇宙で最も豊富な化学物質である水素は、ギリシャ語で「水」を意味する「ハイドロ」と「元」を意味する「遺伝子」に由来し、フランスの化学者アントワーヌ・ラヴォアジエによって与えられました。それは、すべての一般的な物質の 75% に見られます。その原子番号 (原子核に存在する陽子の数) は 1 です。通常、標準的な条件下では気体の状態で存在します。無色無臭で可燃性の高い元素です。

いくつかの研究で示唆されているように、純粋な形の水素は、地球の重力をすぐに逃れるため、地球の大気中にほとんど存在しません。主に酸素と水、および有機物と結合して見られます。

自然界には、プロチウム (¹H)、重水素 (²H)、トリチウム (³H) という 3 つの同位体 (原子番号は同じで質量数が異なる同じ元素の原子) があります。楽しい事実として、水素は、同位体が一般的に使用される異なる名前を持つ唯一の元素です。確かに、この要素は科学の分野で特別な地位を占めています!

水素はどのように発見されましたか?

1671 年、ロバート ボイルは鉄と酸の反応を研究しているときに水素ガスを生成しましたが、最初はそれを認識していませんでした。

その後、1766 年にヘンリー キャベンディッシュが亜鉛と塩酸の実験を行い、水素が明確な元素であることを認識しました。彼はガスの泡を集め、それが水素として知られるようになった別のガスであることを示しました。その後、彼は水素が空気中で燃焼して水になることも示しました。これにより、水が要素であるという信念は終わりを告げました。したがって、Henry Cavendish は水素の発見者として認められています。

水素の生成を示す実験 (写真提供:udaix/Shutterstock)

​​なぜ水素は破裂音を立てて燃焼するのですか?

水素は非常に反応性の高い元素です。この無毒のガスは可燃性も高いです。

水素が酸素と化学反応を起こすとき、つまり空気中で燃焼すると、特徴的なポンという音がします。

この異常な音の背後にある理由を探ってみましょう。

2 分子の水素が 1 分子の酸素と結合すると、化学反応を起こし、2 分子の水が生成されます。また、多くのエネルギーが放出されます。したがって、この反応は本質的に発熱性です。水素は、この反応のために「水形成剤」とも呼ばれます。

この反応は発熱反応です。つまり、大量のエネルギーを放出します (写真提供:OSweetNature/Shutterstock)

この反応で放出されるエネルギーは、ほとんどが熱の形です。この熱は、気体混合物の分子に運動エネルギーを与え、それらを膨張させます。ガスを取り巻く空気も非常に急速に膨張し始めます。このガス分子の突然の急速な膨張により、防音壁が壊れます。したがって、爆発によって水素が燃焼すると、ポンという音がします。

ポンという音は、化学反応を起こしているガス状混合物に存在する不純物からも生じます。

​​音の放出を伴うその他の反応

1) 爆竹の燃焼は、硝酸カリウム、硫黄、および炭素から炭酸カリウム、窒素、硫酸カリウム、および二酸化炭素への爆発的な化学反応により、音響エネルギーを放出します。

2) 通常、酸素アセチレントーチに点火すると、トーチ内のガス流の閉塞または漏れにより、ポンという音が聞こえます。

水素の未来

最近の研究は、水素が地球にとって有望な「クリーン」燃料源であることを示唆しています。宇宙におけるその豊富さは、私たちにとって追加の利点です。ほんの数例を挙げると、恒星の水素核融合プロセスや陽子 - 陽子反応を通じて、すでに宇宙にエネルギーを供給しています。

水素には炭素分子が含まれていないため、無公害燃料として非常に効果的に機能します。燃やすと水が出ます。エネルギー不足の問題を解決できる水素を含む化学反応から、膨大な量のエネルギーを利用することができます。

水素燃料電池はエネルギーの未来です (写真提供者:luchschenF/Shutterstock)

しかし、偉業を達成することは必ずしも容易ではありません。同じことは、私たちの利益のために水素を利用する場合にも当てはまります。産業はより安価な燃料を好むため、水素燃料は高価であり、これは大きな欠点です。また、水素を生成する現在のプロセス自体は、それほど「クリーン」または「無公害」ではありません。産業用水素は、主に天然ガスから生成され、二酸化炭素 (CO2) が発生します。

研究者たちは、水素を大量生産するための、より環境に優しい代替方法を見つけることに取り組んできました。人類が、費用対効果が高く、よりクリーンで環境に優しい水素製造のより良い方法を発見し、発明することに成功した場合、水素は何世代にもわたって無制限のエネルギーに対する私たちの渇きを癒すことができます.願わくば、この日が遠くないことを願っています!


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