水素は固体ですか、液体ですか、それとも気体ですか? (+ 知っておくべき 3 つのこと)

水素は標準温度および圧力 (STP) ガスです。 -252.87℃、1気圧で液体となり、-259.14℃、1気圧で固化します。

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。

なぜ水素は室温で気体の状態で存在するのでしょうか?

水素は沸点が低く、分子量が低いため、室温では気体として存在します。

水素の沸点は -252.87°C (-423.17°F) で、酸素や窒素など、室温では気体として存在しますが、沸点ははるかに高い (-183°F) 他の元素と比べて非常に低くなります。 ℃）。それぞれ -196℃）。

これは、水素が液体から気体に変化するのにほとんどエネルギーを必要とせず、室温では気体として存在できることを意味します。

さらに、水素 (H2) は非常に低い分子量 (2 原子質量単位) を持っています。これは、水素分子間の分子間力が非常に弱いことを意味します。

その結果、水素分子は室温で凝集して液体を形成する傾向はなく、空気中を自由かつ迅速に移動する個々の気体分子のままになります。

全体として、低沸点と低分子量の組み合わせにより、水素は室温で気体として存在できます。

水素は液体または固体で存在しますか?

はい、水素は特定の温度と圧力条件下で液体および固体の状態で存在できます。

標準圧力では、水素は沸点 -252.87°C (-423.17°F) を超える温度でのみ気体として存在します。

ただし、水素が非常に高い圧力にさらされると、沸点以下の温度で圧縮されて液体状態になることがあります。この液体水素は、エネルギー含有量が高いため、ロケット燃料として使用されます。

さらに、水素は極低温および極低温でも固体状態で存在できます。

固体水素には、オルト水素とパラ水素という 2 つの形態があり、それぞれ異なる物理的特性を持っています。液体水素から固体水素への転移は、大気圧下で約 -259°C (-434°F) の温度で発生します。

ただし、液体および固体状態の水素を観察するために必要なこれらの極端な条件を作成および維持することは困難であり、特殊な装置が必要です。

気体水素は固体水素や液体水素とどう違うのですか?

気体水素、固体水素、液体水素は物理的性質や挙動が異なります。

気体の状態では、水素は空気中を自由かつ迅速に移動する個々の分子として存在します。
水素ガスは非常に軽く、密度が低いため、非常に圧縮しやすく、大量に保管することが困難です。ただし、応答性も高く、燃料電池や内燃機関など幅広い用途に使用できます。

液体状態では、水素分子は気体状態よりもはるかに接近しており、ゆっくりと移動します。
液体水素の密度は気体水素よりもわずかに高いだけですが、エネルギー密度がはるかに高く、タンクに保管できます。
液体水素は、ロケット燃料として、また一部の燃料電池システムなど、高いエネルギー密度を必要とするその他の用途に使用されます。

固体状態では、水素分子は結晶格子に配列され、気体や液体の水素とは非常に異なる物理的特性を示します。
固体水素は密度が非常に低く、優れた断熱材です。さらに、その低質量と単純な分子構造により、独特の量子力学特性を示します。
しかし、固体水素の生成と維持には非常に低い温度と圧力が必要なため、研究や使用が困難になります。

全体として、気体、液体、固体の水素は、水素分子の分子配列とエネルギーの違いにより、物理的特性と挙動が異なります。

参考文献

なぜ水素は非金属なのでしょうか?
リンは固体ですか、液体ですか、それとも気体ですか?
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酸素は固体ですか、液体ですか、それとも気体ですか?
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