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。
水素の化学的性質
水素ガス (H2) は非常に可燃性が高く、屋外では体積の 4% から 75% の量で燃焼します。次の式は、水素の燃焼エンタルピーを表し、-286 kJ/mol です。
2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (l) + 572kJ (286kJ/mol H2)
塩素と水素の混合物では、水素ガスが爆発する可能性があります。熱、火花、または日光でさえ、特定の混合物が爆発する可能性があります。水素の自己発火 (自然発火) の温度は摂氏 500 度で発生します。紫外線は、肉眼では検出できない、精製された水素酸素炎によって放出されます。したがって、結果として、燃焼水素 (H) 漏れを検出することは危険であり、火炎検出器を使用する必要があります。
水素は浮力があるため、水素炎は空中で急速に上昇し、炭化水素火災として軽微な損傷を引き起こします。 H2 は酸化元素と反応し、フッ素や塩素と激しく自然に反応してハロゲン化水素を生成します。
その安定性にもかかわらず、H2 はほとんどの元素と化合物を形成します。水素は、酸素やハロゲンなどの電気陰性度の高い元素と反応すると、半分の正電荷を持つ可能性があります。それでも、アルカリ金属のような電気的に陽性の化合物と反応すると、半分の負電荷を示します。
水素は、フッ素、酸素、または窒素と相互作用するときに、水素結合として知られるタイプ強度の非共有結合に関与する可能性があります。水素結合は、多くの有機分子の安定性に不可欠です。水素化物は、半金属および金属と水素結合を持つ化合物です。
H+ イオンは、水素が酸化されてその電子を取り除くときに形成されます。ヒドロニウム イオン (H3O+) は、水溶液中の H+ に付けられた名前です。酸塩基化学では、この種が必要です。
水素の同位体
1H、2H、および 3H は、自然界に存在する水素の 3 つの同位体です。プロチウムは 1H の正式な用語で、99.98% 存在します。重水素は、1 つの陽子、1 つの電子、および 1 つの中性子を持つ化学元素です。トリチウムは、1 つの陽子、1 つの電子、および 2 つの中性子を持つ化学元素です。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。
水素の化学構造
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、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。
水素の重要性
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を作るために使用されます。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利用されます。
水素は、貴重な化学物質である塩化水素を生成するために必要です。
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。
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。
結論
この記事では、水素の化学的性質、その化学構造、およびその用途について説明しました。最も単純な原子構造 H2 を持つ水素は、宇宙で最も豊富な元素であり、地球の表面で 3 番目に豊富な元素です。研究所、産業、機関でさまざまな化学プロセスによって調製されます。これは、ロケットの燃料として使用される最も重要な化合物の 1 つであり、冶金の還元剤として、植物性ギーの生産などに使用されます。水素のさまざまな化合物は、水、水素化物、過酸化水素です。
