水素の物性

水素は宇宙で最も単純な物質です。これは、周期表の最初の要素です。また、アルカリ金属やハロゲンと共通の性質を持っています。最近の研究とテストで、科学者は水素が金属状態にあることを発見しました。他のアルカリ金属と同様に、原子価殻に 1 つの電子を持ち、1 価のイオン H+ を生成しますが、そのイオン化エネルギーはハロゲンのイオン化エネルギーに似ています。水素の原子核には、正電荷を帯びた陽子が 1 つ、負電荷を帯びた電子が 1 つ、中性子が 0 個、1 個、または 2 個あります。同位体は同じ元素の異なる変種で、それぞれ中性子の数が異なります。水素イオンの質量は、存在する中性子の量によって決まります。

宇宙における水素の存在

宇宙で最も一般的な元素は水素です。その名前は、ギリシア語で水を意味するハイドロと創造を意味するジーンに由来します。分子状態では、二水素として見出されます。太陽系の最も重要な構成要素であり、地球の総質量の 70% を占めています。水素は、木星や土星などの大きな惑星の大部分を占めています。地球の地殻と海を合わせると、地球の表面の 15.4% になります。

水素の物性

水素の原子核には陽子が 1 つしかないため、水素は最も軽い化学元素です。原子番号は 1 で、記号は H です。平均原子量は 1.0079 amu で、最も軽い元素です。宇宙で最も一般的な化学元素は水素で、恒星やガス惑星の軌道に豊富に存在します。一方、単原子水素は、ほとんどの元素と共有結合を形成する傾向があるため、地球上ではまれです。水素は、無味、無金属、無毒、無臭、高可燃性、無色の二原子ガスであり、分子式は常圧および温度で H2 です。

水素には電子と陽子が 1 つあります。最も一般的な同位体であるプロチウム (1H) には中性子がありません。水素の融点は-259.14℃、沸点は-252.87℃です。水素は空気より密度が低く、密度は 0.08988 g/L です。 2 つの固有の酸化状態 (+1、-1) があり、酸化剤および還元剤として機能します。共有結合半径は午後 31.5 です。

水素は、原子核の相対スピンが異なる、水素二原子分子のさまざまなスピン異性体で存在します。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。水素は、凝縮した気体水素、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。

水素の化学構造

水素の原子核には、正に帯電した陽子が 1 つ、負に帯電した電子が 1 つ、中性子がゼロ、1 つまたは 2 つ存在します。同位体は、異なる中性子数を持つ同じ化学物質の異なる形態です。原子核の中の中性子の数は、水素原子の質量に影響を与えます。水素同位体と水素同素体を区別することが重要です。

同素体は、同じ元素の異なるバリエーションです。同素体は同位体とは異なり、同じ種類の原子が結合するさまざまな方法を記述します。結合する原子の数とそれらの結合の配置は、同素体の分子形態を決定し、その結果、分子の特徴を決定します。水素は、分子レベルで 2 つの異性体として存在します。

水素のさまざまな用途は何ですか?

• 貴重な化学物質である塩化水素を生成するには、水素が必要です。
• 冶金プロセスで強力な金属酸化物を金属に変換するために使用されます。
• 溶接と切断は、原子状水素および酸水素トーチを使用して行われます。溶接する表面に電気アークを当てて水素を分解すると、4000K の高温で水素原子が生成されます。
• 宇宙研究でロケット燃料として使用されます。
• 水素はアンモニアの製造に利用され、硝酸と窒素ベースの肥料の製造に使用されます。
• 綿実、大豆などの植物油を水素化すると、バナスパティ脂肪の生成に利用される二水素が生成されます。
• メタノールを含む多くの有機化合物の製造に使用されます。コバルト触媒の存在下で、CO (g) は 2H2 (g) と反応してメタノールを生成します。
• 主に金属水素化物の製造に使用されます。
• 水素は、燃料電池で発電に利用されます。この種のエネルギーは、従来の化石燃料やその他のエネルギー源に比べていくつかの利点があります。危険な要素を環境に放出して空気を汚染することはありません。ガソリンやその他の燃料と比較して、燃料の単位質量あたりにより多くのエネルギーを生成します。

結論

水素は、原子価殻に電子を 1 つしか持たない最も軽い原子です。この電子が失われると、素粒子である陽子が生成されます。その結果、それは明確な構成を持っています。重水素、トリチウム、プロチウムの 3 つの同位体で構成されています。トリチウムは、これら 3 つの中で最も放射性が高いです。ハロゲンとアルカリ金属の両方に類似しているにもかかわらず、その明確な特徴により、周期表に独自の場所があります。宇宙で最も一般的な元素は水素です。地球の大気の自由な状態ではほとんど存在しません。それにもかかわらず、組み合わせた場合、地球の表面で 3 番目に一般的な元素です。石油化学製品からの水性ガス シフト反応は、工業規模で水素を生成するために使用されます。