宇宙で一番多い元素は？身近で不思議な「Ｈ」とは何か？ : サイエンスジャーナル

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　宇宙で一番多い元素は何？燃料電池の燃料は何？

　正解は「水素」です。

　水素は宇宙で最も豊富にある元素です。質量では宇宙全体の 55% を占め、総量数では全原子の 90% 以上を占めていると言われてます。

　これだけの量を占めながら、私たちのまわりに気体としての「水素H2」はわずか（１ppm以下）しかありません。一方化合物としては「水H2O」として多量に存在します。

　今日は身近な物質ですが、ちょっと不思議な「水素」について学びます。

水素とは？（覚えておきたい水素の性質）

水素（すいそ、Hydrogen）は、原子番号1の元素。元素記号はH。非金属元素の1つ。元素の中で最も軽く、また宇宙で最も数が多い。地球上では水や有機化合物の構成要素として存在する。

一般に「水素」という場合は、水素の単体である水素分子（水素ガス）を示すことも多い。水素分子は常温では無色無臭の気体で、軽く、非常に燃えやすいといった特徴を持つ。

自然界で水素分子の形態で存在するのは天然ガスの中にわずかにある程度である。

元素記号H。原子番号1。原子量1.007。融点-259.2°C。沸点-252.8°C。密度0.089g/l(0°C、1気圧)。周期表(→ 周期律)1族に属する。

発見したのは？

1766年、イギリスの化学者キャベンディシュが鉄、亜鉛、スズなどの金属に酸を作用させると可燃性の気体が発生することをみいだし、「可燃性空気」と名づけた。

ちょっと不思議な水素の性質

　水素の種類
　水素には、水素（軽水素）１H 、重水素２H （略号D）、三重水素３H （略号T）の3つの同位体が知られている。このうち、最も軽い１H は、1つの陽子と1つの電子のみによって構成されており、原子の中で唯一中性子を持たない。

　同位体は現在七重水素まで確認されている。七重水素は重陽子を光速の3割まで加速してヘリウム8に衝突させて得られている。寿命は極めて短く、10ゼプト秒ほどしかない。

　水素の陰イオン
　普通水素は水中で陽イオン「H+」として存在する。酸性を示す物質であるが次の場合陰イオンになる。

　アルカリ金属（Ｌｉ　Naなど）、アルカリ土類金属（Mg　Kaなど）あるいは13族・14族元素で金属性を示す元素の水素化物が電離する場合は、ヒドリド (hydride, H−) としてイオン化する。ヒドリドはK殻が閉殻した電子配置を持つ為に、一定の大きさを持ったイオンとして振舞う点でヒドロン（プロトン）とは異なる。実際、ヒドリドはフッ素アニオンよりもサイズが大きいように振舞う。

　水素の金属化
　水素は非常に高い圧力下において金属化すると考えられている。しかしながら、2006年現在、数百 GPa （100 GPa = 100万気圧）のオーダーで圧力を加える実験が行われているが、固体の金属水素の観測はされていない。

　一方、1996年にLawrence Livermore National Laboratory のグループが、140GPa、数千℃という状態で100万分の1秒以下という寿命であるが、液体の金属水素を観測したと報告している。

　水素は最も軽い元素なので金属化するような状況では、室温超伝導になっているのではないかという予想もあるが、金属化そのものが達成されていないために、その真偽は未だ不明である。

　この可能性の傍証として周期表で水素のすぐ下のリチウムは、30 GPa 以上という超高圧下で、超伝導を示すことが分かっている。超伝導への転移温度は圧力 48 GPa で 20 K 程度であるが、この数字は単体元素のものとしては高い方であり、いくつかの例外を除けば一般に軽いほど転移温度は高くなるため、リチウムより軽い水素は、より高い温度で転移する可能性が十分あり得る。

　木星深部は非常に高い圧力になっており、液体金属水素が観測された条件と似ている。木星を構成する最も主要な元素の一つである水素は、この状況下では金属化している可能性があり、木星の磁場との関わりも指摘されている。

　水素吸収金属
　水素分子は極めて小さいため、原子あるいは分子の状態で金属の格子内にも容易に侵入する。このため、鉄などを水素に長期間触れさせておくと、水素脆化と呼ばれる現象が起こり材料の強度が劣化する。

一方、パラジウムや白金、ニッケル、あるいは水素吸蔵合金と呼ばれる合金類は安定に多量の水素を吸蔵する性質があり、可燃性で扱いにくい水素を保存する方法として期待されている。

　活性水素
　わゆるアルカリイオン水の生成機の宣伝トークとしてあるメーカーが使い始めたのがメディアに現れた最初のようである。

提唱者によれば、活性水素とは分子状態でなく単原子で存在する水素のことであり、悪の根源の活性酸素を還元して消滅してくれるという。

しかしそのような状態の水素が何故ある条件下の水に安定して存在するのかなどについて一切説明はなく、活性酸素自体が未だに医学で治療法に用いられる段階の概念ではない。病を癒す科学的臨床的な根拠は現在のところないといえるため、いわゆる疑似科学商品の一つと考えるものが多い。　