水素とは?-水素の製造と水素の危険性について-

無機化学

水素のプロフィール

  • 無色無臭
  • 常温で気体
  • すべての物質の中で最も軽く、密度が小さい
  • 水に溶けにくく、水上置換法で採集する。

水素の歴史

水素は1766年、ヘンリー・キャベンディッシュによって採集されました。

水素の製造

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

水素は水に溶けにくいので、水上置換で捕集します。

2Na + H2O → 2NaOH + H2

水素は亜鉛などの金属に、希硫酸などの酸との反応で製造ができます。
順番さえ間違わなければ、こちらの方が安全にできます。

またナトリウムやカルシウムなどのイオン化傾向が非常に大きい金属と水との反応でも製造できますが、爆発危険です。

この動画は酸化されていないナトリウムを水と反応させた動画です。

詳しくはイオン化傾向(未作成)の金属の酸との反応を参照。

コラム:水素のほうがヘリウムより軽いのに風船に使わないのは何故?

水素はすべての物質の中で最も軽い元素です。したがってヘリウムガスよりも軽いのです。

では、なぜ水素は風船の中に水素ガスとして使われないのでしょうか?

水素は引火性や爆発性が高いのです。

水素は安定していない物質のため、
単独では存在しにくくすぐに他の元素と結合しようとします。

そのため、風船のガスとして用いるのは危険で、2番目に軽く、しかも希ガスとして物質として安定しているヘリウムが風船のガスとして用いられます。

独自見解:水素水は健康に影響を与える?

水素水は一時期流行っていましたが、それは本当に健康にいいのでしょうか?

水素水が水ではないとして、本当に水素だとして考えてみます。

 

たとえば、体内に他に取り込まれる塩や硫黄やリンと水素が反応したとしましょう。

すると、水素は上記の物質と還元剤として、水素自身は酸化します。
何かが酸化されれば、何かが還元されます。

H2→2H+ + 2e

となりますね。

すると、各物質と結合し、塩酸や硫酸やリン酸を生み出して、
体内のpHが下がって酸化されるとは思いませんか?
pHは酸化や還元で決まるのではなく、物質の割合で決まります。
一般に物質は水酸化物が結合するとpHは上がり、水素化すると酸化することが多いです。例外もありますが…。

まぁ、そもそも水素は二酸化炭素とは違い、
水に溶けにくい物質でしたよね?

これぐらいは中学生でも習っていることかと思いますが
水上置換法で水素を集めたときに、水素は水に溶けましたか?
水素は水にどう存在していましたか思い出してください。

おそらく水素水はただの水であることがほとんどでしょう。

水素を体内に注入しても酸を生み出すので、そもそも体に悪いですが、
水素水はただの水素と酸素を結合した水なのであまり影響はないでしょう。

水素爆弾(水爆)

水素エネルギーは水素そのものを取ってきたものや、
水を分解したものの2種類がそもそも存在します。

私自身は、上の項でも説明しましたが、
水素は爆発力がすごいので少し怖いんですけど。

さてさて、水素は火にあぶると、爆発するとともに
酸素と結合して水をつくります。

実際、水素爆弾、いわゆる水爆というものがあります。

三浦市/ビキニ環礁での水爆実験【ビキニ事件】

第五福竜丸の事件も水素爆弾がきっかけでしたね~。

というように、
水素の扱いは慎重にしないと
このような兵器転用も比較的簡単ですね~。

水素発電

水素の爆発力をうまく活かしたのが水素発電です。
クリーンな発電として知られています。

ぶっちゃけ、原子力発電と功罪は同じですね。

私は、オーストラリアがわざわざ水素の氷を運ばなくても、
太陽光発電や風力発電で余った電力を、
その辺の水を電気分解して、
水素ガスとして保存して、
電気が足りない時に水素発電すればいい話だと思いますね。

2H2O →  2H2 + O2

これだと、2molの水からは2molの水素が取れますね。
9kgの水から1kgの水素が取れる計算になります。

リチウムイオン電池よりも安上がりな充電法になるかと思われます。

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