水素は反応するのでしょうか？ (なぜはい? そしてなぜいいえ?)

水素の反応性はその状態によって異なります。分子状水素 (H2) は室温では比較的反応しませんが、温度を上げるか触媒を使用することによって他の元素と反応する可能性があります。一方、原子状水素は非常に反応性が高く、ほとんどの元素と結合してハイブリッドを形成できます。

まあ、それは単純な答えでした。ただし、このトピックについては、コンセプトを明確にするために知っておくべきことがいくつかあります。

それでは早速本題に入りましょう。

水素の非反応性状態

分子状水素 ( _H2 ) は、宇宙で最も単純で最も豊富な元素を構成する無色、無臭、無味の気体です。分子状水素は室温では比較的反応しません。

実際、水素分子の HH 結合は非常に強力で、結合解離エネルギーは 436 kJ/mol です。

これは、HH 結合を切断して新しい化学結合を形成するには多量のエネルギーが必要であることを意味します。

分子状水素の低い反応性がどのように観察されるかを示す例がいくつかあります。

たとえば、酸素は非常に反応性の高い元素ですが、分子状水素は室温では酸素と反応しません。

同様に、分子状水素は室温では塩素やフッ素と反応しません。

しかし、温度が上昇したり、触媒が存在すると、分子状水素がこれらの元素と反応する可能性があります。

分子状水素の反応性が低いことが、場合によっては欠点となることがあります。たとえば、これにより分子状水素の貯蔵と輸送が困難になります。

ただし、水素分子の反応性が低いことも利点となる可能性があります。たとえば、これにより分子状水素が安全でクリーンな燃料になります。

原子状水素は単一の水素原子ですが、分子状水素は一対の水素原子が結合したものです。原子状水素は分子状水素よりも多くのエネルギーを持っているため、反応性が高くなります。

これは、水素原子の電子が他の原子と共有されていないため、より多くのエネルギーを持っているためです。

原子状水素が別の原子と反応すると、原子状水素原子の電子が他の原子と共有されます。これによりエネルギーが放出され、反応が発熱 (熱を放出) します。

原子状水素が関与する反応の例をいくつか示します。

これらの反応すべてにおいて、原子状の水素原子が別の原子と反応して新しい化合物を形成します。この反応によりエネルギーが放出され、発熱します。

原子状水素の反応性を利用して、水や燃料などの有用な製品を作り出すことができます。

ただし、酸素と混合すると爆発する可能性があるため、危険な場合もあります。