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水素【すいそ】

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

水素
すいそ
hydrogen
元素記号 H,原子番号 1,原子量 1.00794。周期表 1族に属する。アイソトープ(同位体)には軽水素プロチウム)のほか,重水素ジューテリウム),三重水素トリチウム)があり,質量数はそれぞれ 1,2,3である。宇宙に最も豊富に存在し,大気中には水素ガスとして 0.00005%含まれる。1766年ヘンリー・キャベンディッシュが初めて確認し,空気中で燃やすと水を生ずることを実験した。命名はアントアーヌ=ローラン・ラボアジエによる。工業上は水の電気分解,鉄と水蒸気の反応,水性ガスの変性,石油類のガス化,天然ガスなどの変性によって製造されるが,実験室では亜鉛に塩酸か希硫酸を注いで簡単に得られる。単体は二原子分子 H2で,無色,無臭,無味の気体。可燃性。空気,酸素,塩素などとの混合物は爆発性がある。金属を脆化させる働きがある(→水素脆性)。比重 0.070(空気=1),臨界温度(→臨界点)-239.9℃,臨界圧力 12.8気圧。硬化油の製造,アンモニア,塩酸,メチルアルコールなどの工業的規模での全合成,還元剤,酸水素炎としての利用,気球用充填ガスなど,広くかつ重要な用途が多い。近年,エネルギー源としても注目され,水素吸蔵合金の開発も盛ん。

出典:ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典
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朝日新聞掲載「キーワード」

水素
無色無臭の気体で、燃焼すれば酸素と結びついて水になるクリーンなガスとして知られる。石油コンビナートでは硫黄分を取り除くため原油に水素を吹き込み精製し、携帯電話やパソコンに使う半導体の製造の際はシリコンなど原材料純度を高めるために使われ、工業用ガスとして欠かせない。国内ではアンモニア合成石油精製製鉄などの工場で副次的に発生し、大半は外部に出ることなく工場内で燃料や原料として使われている。
(2013-04-04 朝日新聞 朝刊 広島1 2地方)

出典:朝日新聞掲載「キーワード」

デジタル大辞泉

すい‐そ【水素】
非金属元素の一。最も軽い気体元素。無色・無臭・無味。燃焼させると淡青色の炎を上げ、酸素と化合して水を生じる。水を電解するか、亜鉛希硫酸を作用させると得られ、工業的には石油を分解してつくる。アンモニア塩酸などの合成、油脂の水素添加、酸水素炎などに利用。元素記号H 原子番号1。原子量1.008。同位体としてジュウテリウム重水素)・トリチウム(三重水素)がある。

出典:小学館
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栄養・生化学辞典

水素
 原子番号1,原子量1.00794,元素記号H,1族(旧Ia族)の元素.

出典:朝倉書店
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世界大百科事典 第2版

すいそ【水素 hydrogen】
周期表元素記号=H 原子番号=1原子量=1.00794±7安定核種存在比 1H=99.985%,2H=0.0148%融点=-259.14℃ 沸点=-252.9℃気体の密度=0.08987g/l(0℃,1気圧)液体の比重=0.0700(沸点)固体の比重=0.081(-262℃)臨界温度=-240.17℃ 臨界圧=12.76気圧水に対する溶解度=2.14ml/100ml(0℃),1.82ml/100ml(20℃),1.60ml/100ml(100℃)電子配置=1s1 おもな酸化数=I元素の一つ。

出典:株式会社平凡社
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大辞林 第三版

すいそ【水素】
最も軽い元素。元素記号 H  原子番号一、原子量1.008。最も簡単な原子構造をもち、全宇宙での存在度が最大。地殻・海では酸素・ケイ素に次ぐ。質量数二の核種を重水素、三の核種を三重水素ともいう。単体は二原子分子から成り、常温で無色無臭の気体。沸点は摂氏マイナス252.87度。水の電気分解や石油から得られる炭化水素と水との反応、炭化水素の部分酸化などで製造される。酸素と化合して水となる。有機化合物の基本構成元素の一。 〔オランダ語 waterstof を water (水)と stof (素)とに分け、漢字をあててできた語。「遠西医方名物考」(1834年)にある〕

出典:三省堂
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日本大百科全書(ニッポニカ)

水素
すいそ
hydrogen
周期表中第1周期、第1番元素である。第1族および第17族に属する元素に似たところがあり、短周期型周期表では族および族の両方に属させるか、あるいはその特異性を重視して、いずれの族にも含めず、独立した扱いをとることがある。同位体として質量数2および3のもの(重水素)が存在するが、ほかの元素の場合と異なり、普通の水素原子(重水素に対し軽水素、プロチウムという)の2倍、3倍というように質量の差が甚だしく、その性質の違いも大きい。それゆえ、質量数2の水素を重水素あるいはジュウテリウム(Dまたは2H)、質量数3の水素を三重水素あるいはトリチウム(Tまたは3H)とよぶ。[守永健一・中原勝儼]

歴史

1766年、イギリスのキャベンディッシュにより、酸と金属から得られる可燃性の気体として確認された。当時信じられていたフロギストン説に従って、彼は初めこの軽い気体をフロギストンと考えたが、1781年にこの気体が燃えて水のみを生じることを自分で確かめてからは、このものが水とフロギストンとの化合物であると考えるようになった。これを正しく元素として認識したのはフランスのラボアジエであった。すなわち、1783年、灼熱(しゃくねつ)した鉄管中に水蒸気を通して水を分解し、水が元素ではないことを明らかにするとともに、得られた気体が元素であるとして、この気体に「水の素」(フランス名hydrogne)と名づけた。ギリシア語でhydroは水、gennaoはつくるの意味である。元素記号Hはラテン名hydrogeniumの頭文字である。アメリカのH・C・ユーリーらは1933年、水の電解を繰り返して重水素を発見した。また翌1934年オリファントMarcus Laurence Elwin Oliphant(1901―2000)らは、重水素化合物にジュウテロンを衝撃させて初めてトリチウムをつくった。1950年には大気中にトリチウムが検出された。[守永健一・中原勝儼]

存在

宇宙全体では水素はもっとも多量に存在する。単体は全物質中もっとも軽く、したがって地球の上層大気には多く集まり下層部分ではきわめて少なく、乾燥空気は約5×10-5容量%の水素を含むだけである。単体水素は火山の噴気、天然ガス中などに存在するが、地球表面では酸素と化合した水の形で、岩石圏(結晶水など)、水圏(海水、大陸氷など)、気圏および生物圏にわたって広く存在している。水素は各種の星、あるいは星間物質としても存在し、宇宙空間に広く分布し、宇宙全体の総原子数の約93%を占める。また、水素は他のすべての元素の出発物質でもある。[守永健一・中原勝儼]

製法

工業的には、石油、石炭、天然ガスなどを酸素または空気、水蒸気などと高温で反応させて合成ガス(一酸化炭素と水素の混合物)をつくり、これから水素を取り出す。そのほか、1000℃以上に熱した炭素に水蒸気を通して得られる水性ガスからの分離、炭化水素の熱分解、塩水の電気分解などが利用される。実験室では、亜鉛に希塩酸または希硫酸を反応させてつくるか、水酸化アルカリまたは硫酸の水溶液を電気分解してつくる。電解法では比較的純粋な水素が得られやすいが、亜鉛と酸を用いる方法では不純物(アルシン、ホスフィン、硫化水素、炭化水素など)が含まれやすい。市販の赤色ボンベに入っている水素は、普通99.5%以上の純度があり、通常の目的にはそのまま使用して差し支えない。重水素は重水を電気分解して工業的につくられている。[守永健一・中原勝儼]

構造

水素原子はもっとも簡単な原子で、原子核(陽子1個)と電子1個からなる。ジュウテリウムは原子核に中性子1個、トリチウムは2個の中性子をもつ。これらは沸点、融点などの物理的性質だけでなく、化学的反応性にもいくぶんか差がみられる。トリチウムは放射性で、電子を放出して自然に崩壊する。[守永健一・中原勝儼]

性質

水素は常温で無色、無味、無臭の気体。つねに二原子分子H2として存在する。ただし化学反応や電気分解などによって発生する瞬間の水素の活性状態(いわゆる発生期の水素)や水素の低圧放電管内では原子状水素として存在する。水素分子の2個の原子核(陽子)はそれぞれ自転しているので、自転の方向が同じであるオルト水素と、反対であるパラ水素という異性体がある。常温では、オルト水素75%とパラ水素25%の混合物であり、温度を下げていくとパラ水素の割合が増えていく(たとえば-193.1℃:48.35%、-253.1℃:99.8%)。
 水素分子は分子量がもっとも小さく、そのためすべての気体のなかでもっとも軽く、同じ温度での分子速度は、すべての気体のなかでいちばん大きい。このため熱伝導率も空気の約7倍と大きく、冷却効果が優れている。常温では反応性に乏しく、直接化合するのはフッ素だけである。塩素とは光の作用のもとに爆発的に化合する。1:1混合物は塩素爆鳴気とよばれている。しかし、高温では活性となり、多くの金属、非金属元素と化合して水素化物をつくる。金属によっては、水素の分圧が高いとき吸収し、低くなるとふたたび放出するものがある(たとえばパラジウム、ニッケルなど)。水素と酸素との混合物は常温では安定であるが、550℃以上に熱するか、火花あるいは炎など、また適当な触媒の存在で、多量の熱を発して反応し水を生成する。とくに2:1混合物は爆鳴気とよばれ、もっとも激しく爆発する。空気中あるいは酸素中では炎をあげて燃え、水を生成する。金属酸化物と熱すると還元して金属を生じる。また、触媒があると、不飽和有機化合物と水素化(水素添加)などの反応をおこす。[守永健一・中原勝儼]

用途

アンモニア合成、石油化学工業に関連した各種の水素化反応(分解、異性化、脱硫など)、油脂の水素添加、塩化水素や触媒などの製造、燃料電池、酸水素炎(約2500℃)として金属の溶接・切断などに、液体水素は低温実験用の冷却剤として用いられる。これらのなかで近年もっとも注目されるのは、エネルギーとしての用途である。水素は、燃えれば水となり環境汚染を生じないことから燃料電池その他に用いられる。また液体水素は低温実験用の冷却剤として用いられる。[守永健一・中原勝儼]

出典:小学館 日本大百科全書(ニッポニカ)
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精選版 日本国語大辞典

すい‐そ【水素】
〘名〙 最も軽い気体元素。元素記号H 原子番号一。原子量一・〇〇七九四。無色、無味、無臭の気体。天然には水または有機物などの化合物として広く存在する。クラーク数〇・八七で第九位。工業的には水の電解や水性ガスなどでつくる。陽子一個、電子一個から成り、元素中最も簡単な構造をもつ。熱伝導率が高く、熱に対して安定。また分子運動速度が大きく、最も拡散しやすい。一般に常温では不活発だが、温度を上げると多くの元素や化合物と直接反応する。生物学的には、生体内の酸化還元反応にあずかり、有機・無機の水素供与体から他の水素受容体に移動する。アンモニア・塩酸・メタノールなどの合成、油脂の水素添加、液体燃料などに多量に用いられるほか、酸水素炎・気球充填(じゅうてん)ガス・冷却剤などに広く用いられる。
※遠西医方名物考補遺(1834)八「水素と酸素を抱合して水を生ず」

出典:精選版 日本国語大辞典
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化学辞典 第2版

水素
スイソ
hydrogen

H.原子番号1の元素.原子量1.00794(7).質量数1(99.9885(70)%)と2(0.0115(70)%)の2種の安定同位体と,半減期12.32 y,質量数3の β 崩壊・同位体核種がある.1783年,A. Lavoisier(ラボアジエ)がギリシア語の“水”を意味するδωρ(hydr)と“生成する”を意味するγεινομαι(geinomai)から,水を造る気体としてhydrogèneと命名した.英語名はhydrogen.ドイツ語名Wasserstoff,オランダ語名Waterstofはともに“水の素”を意味し,蘭学者宇田川榕菴はW. Henryの著書Experimental Chemistry(1799年)のオランダ語訳の和訳書「舎密開宗」(1837年)で,水素瓦斯(ワートルストフガス,喜度羅厄涅(ヒードロゲ子))とよんでいる.質量数2の同位体は重水素(ジュウテリウム),3のものは三重水素(トリチウム)とよばれ,質量数1のものは区別するため,軽水素(プロチウム)とよばれることもある.プロトンは 1H(=陽子),天然の同位体混合物としての水素イオンの二つの意味で使われてきたが,IUPACは後者をヒドロンとよぶように勧告している.1776年にH. Cavendish(キャベンディッシュ)によって元素として確認された.
宇宙にもっとも多く存在する元素で,原子組成90% 以上,重量組成でも75% 余りを占める.太陽,そのほかの恒星で核融合反応により,エネルギーとヘリウム以上の重元素を生成している.地球上では主として水の形で存在する.水素の単体は H2 分子を形づくっている.工業的には天然ガス,液化石油ガスなどの水蒸気改質,水の電解,コークスのガス化(水性ガス)などにより得られる.実験室では亜鉛,アルミニウム,鉄などに塩酸または希硫酸を注いでつくられる.単体の性質は,気体は無味,無臭,無色で,液体も無色である.融点-259.14 ℃,沸点-252.87 ℃.臨界温度-240.0 ℃.密度0.0708 g cm-3(液体-253 ℃).結合間隔0.0741 nm.水そのほかの溶媒には溶けにくいが,パラジウム,白金,ニッケルなどには大量に吸蔵される.水素分子には,水素原子核のスピンの向きによりオルトとパラの2種類がある.常温ではおおよそオルト3:パラ1の比になっている.化学的には常温では比較的不活発で,フッ素とのみ直接反応する.塩素との反応は光を当てると連鎖的に進行する.酸素との混合物は常温では安定であるが,点火すると爆発的に水になる.これ以外の非金属元素とは加熱,触媒使用,放電などにより化合する.アルカリ金属およびアルカリ土類金属とは高温で直接化合して水素化物をつくる.同じく高温で金属酸化物を還元して金属を遊離する.H-H結合の解離エネルギーは432.07 kJ mol-1 で,高温でも H2 分子の解離度は小さい(1000 ℃,4×10-7 %,3000 ℃,9.0%).H原子の生成熱Δfgas218.00 kJ mol-1.放電などにより分子を解離して水素原子をつくると,きわめて活性となる.金属に酸を作用させた瞬間に発生する水素も反応性が比較的大きく発生期の水素とよばれる.アンモニア,メタノール,塩酸の合成原料,油脂類の水素添加などに大量に使用される.液体水素は宇宙船の燃料,冷媒としても重要である.[CAS 1333-74-0][別用語参照]水素の工業的製法

出典:森北出版「化学辞典(第2版)」
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