水素は通常、二原子分子として見られます。これは、各分子に 2 つの水素原子があることを意味します。これが、純粋な水素が「H2」と示される理由です。
水素は二原子分子形成元素です。二原子分子は、同じ元素の 2 つの原子で構成されています。それらは通常、要素が反応性が高すぎて別の原子に接続できないために存在します。水素の異常な特徴の多くは、その反応性によるものです。
水素の物性
水素の物理的性質には、密度 0.0000899 g/cm など、観測または測定できるものがあります。水素の融点は -259.2 °C、沸点は -252.8 °C です。空気よりもはるかに軽い無色の気体で、地球の引力を逃れて宇宙に飛ぶことができます。周期表の最初の要素である水素には、陽子と電子が 1 つずつしかありません。中性子はありません。
水素は、水素二原子分子の 2 つの異なるスピン異性体 (オルト水素とパラ水素と呼ばれる) で存在し、原子核の相対スピンが異なります。オルト水素型のスピンは平行ですが、パラ水素型のスピンは逆平行です。水素ガスは、標準の温度と圧力で 75% のオルト水素と 25% のパラ水素です。圧縮された気体水素、液体水素、スラッシュ水素 (液体と固体の混合物)、固体と金属の形など、さまざまな形で提供されます。
酸化元素と共有結合を形成する傾向など、
水素の化学的性質の多くは、その小さいサイズによるものです。
水素の化学的性質
水素が酸素と接触すると、非常に燃えやすくなります。接合環境によっては、金属と同様の挙動を示す非金属元素です。イオン性化合物では、水素は結合している非金属に電子を供与するか、分子分子内で非金属として機能し、電子を別の原子と共有することができます。水素の電気陰性度は比較的強いため、結合親和性と二原子性が増します。
燃料としての使用方法に影響を与える水素の化学的性質は複数あります:
酸素と混ざり合って、この地球上の生命に不可欠な水を作り出します。
体積あたりのエネルギー密度は高く (ガソリンの約 3 倍)、標準の温度と圧力では重量あたりのエネルギー密度は低くなります。水素の体積エネルギー密度は、液体として高圧下または極低温下で貯蔵することにより向上させることができます。金属水素化物も水素で吸着できます。
水素は非常に可燃性が高く、発火して燃焼するのに最小限のエネルギーしか必要としません。また、可燃範囲が広いため、空気量の 4 ～ 74% で燃焼することができます。
水素は淡い青色のほとんど目に見えない炎を持っているため、その炎を見つけるのは困難です。
水素の燃焼は、二酸化炭素 (CO2)、粒子状物質、または硫黄を生成しません。状況によっては、亜酸化窒素 (NOX) を放出することがあります。
水素は、エタノール改質 (二酸化炭素をいくらか生成する) や水の電気分解 (電気分解は非常に高価) などの再生可能な資源から作ることができます。
水素結合
水素は水素結合に関与していますが、これは独自の一連の状況です。水素結合は、2 つの分子間の引力であり、1 つの分子の水素原子のプロトンが別の分子の未結合の電子対を引き付けます。たとえば、水中では、ある分子の水素原子が別の分子の酸素原子に引き寄せられると、強い水素結合が発生します。水分子はこの分子間力によって一緒に保持されます。これは、水の表面張力がこれほど高い理由も説明しています。
水素同位体
1H、2H、および 3H は、自然界に存在する水素の同位体の 3 つの形態です。プロチウムは 1H の正式な用語で、99.98% 存在します。重水素 (質量数 =2) は、1 つの電子、1 つの陽子、および 1 つの中性子を持つ化学元素です。重水素とその化合物は、化学研究における非放射性標識として、および 1H-NMR 分光法の溶媒として使用されます。トリチウム（質量数＝3）は、陽子1個、中性子2個、電子1個で構成されています。放射性があり、ベータ崩壊によってヘリウム 3 に崩壊するまでの半減期は 12.32 年です。詳細については、水素ノートの同位体を詳しく参照してください!
結論
水素は宇宙で最も豊富な元素で、全質量の 90% を占めています。化学および冶金用途、食品産業、および宇宙計画において、大量に安全に使用されてきました。水素と燃料電池は、我が国と世界のエネルギー需要に対応する上でますます重要になっているため、水素を燃料として使用することに伴うリスクを軽減することが重要です。
