水と生命の化学
水素は水と生命の化学に関わる材料や化合物で利用されます。利用されるのが元素単体なのか、合金・化合物・同位体なのかは用途によって異なり、その化学形が実際の性質を決めます。
Mendeleev
周期表
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化学元素 · リファレンス
1H
水素
水素は原子番号1、元素記号Hの元素です。周期表では第1周期・第1族・sブロックに位置し、室温での基準状態は気体です。電子配置は1s1です。
原子番号1
標準原子量[1.00784, 1.00811]
族1
周期1
ブロックs
電子配置1s1
電子構造
化学的性質を決めるもの
水素は電子を1個だけ持つため、電子を失う・共有する・特定の化合物で電子密度を受け取るという複数の振る舞いを示します。単純にアルカリ金属と同じとは扱えません。
1s1という最も単純な電子配置から、H–H、O–H、C–Hなど多様な結合が生まれます。水素結合を含め、結合相手によって性質が大きく変わります。
化学形
化合物・イオン・材料
水素はH₂として存在するほか、水、酸、金属水素化物、炭化水素、生体分子など非常に多くの化合物に含まれます。結合相手によって共有結合的にもイオン的にも振る舞います。
物理的性質
状態と相変化
室温での基準状態は気体です。掲載している密度は0.0899 g/Lです。融点は13.84 K (-259.3 °C)です。沸点は20.27 K (-252.9 °C)です。実際の値は圧力、純度、結晶構造や同素体によって変わることがあります。
存在と用途
水素はどこにあり、何に使われるか
水素は水や有機分子に広く含まれ、アンモニア製造、石油精製、燃料電池、水素エネルギー研究などで重要です。利用時には分子状水素H₂だけでなく、化合物中の水素が担う役割を区別して考える必要があります。
具体例
実際の用途
肥料製造
水素は肥料製造に関わる材料や化合物で利用されます。利用されるのが元素単体なのか、合金・化合物・同位体なのかは用途によって異なり、その化学形が実際の性質を決めます。
石油精製
水素は石油精製に関わる材料や化合物で利用されます。利用されるのが元素単体なのか、合金・化合物・同位体なのかは用途によって異なり、その化学形が実際の性質を決めます。
周期表上の位置
周辺元素からわかること
水素は第1周期・第1族・sブロックにあります。周辺にはリチウム、ベリリウムなどが位置し、横・縦に比較すると原子半径、イオン化エネルギー、電気陰性度、結合傾向の周期的変化が見えてきます。
基礎データ
物理・原子データ
分類二原子分子をつくる非金属
室温での状態気体
電子殻1
密度0.0899 g/L
融点13.84 K (-259.3 °C)
沸点20.27 K (-252.9 °C)
ポーリング電気陰性度2.2
第一イオン化エネルギー1 312 kJ/mol
電子親和力72.77 kJ/mol
値は、該当する場合には中性原子または元素の代表値を示します。物性値は同素体、圧力、測定条件によって変わることがあります。
歴史
発見と同定
水素の発見はHenry Cavendishと関連付けられています。ただし、元素の認識、純粋な試料の単離、現在の原子番号による定義は、必ずしも同じ時期に成立したわけではありません。
同位体
同位体組成と原子量
水素の標準原子量は[1.00784, 1.00811]の範囲で示されます。天然試料では同位体比がわずかに変動するため、一つの小数値だけではその変動を表せません。
水素には少なくとも一つの安定同位体があります。同位体は陽子数が同じため同じ元素ですが、中性子数が異なるので原子質量が変わります。
安全性
取り扱いと曝露
水素の安全性は、元素単体か化合物か、量、濃度、曝露経路によって大きく変わります。元素名だけで危険性を判断せず、実際に扱う物質の安全データを確認する必要があります。