化学と本の巻~nao blog~

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元素集 化学の巻↓

水素とヘリウム(第1周期)

投稿日:4月 30, 2021 更新日:

今回から元素周期表に載っている一つ一つの元素を紹介していくにゃ。まずは第1周期の水素とヘリウムだにゃ!

・水素(H)について

 水素は宇宙で最初にできた元素であり宇宙の誕生直後からの歴史がある。誕生直後の宇宙には物質は存在しなかったが、エネルギーはあった。しかしビックバンという爆発的な変化により宇宙のエネルギーからたくさんの素粒子が誕生し、陽子や中性子が作られるようになった。このときできた陽子が水素原子核である。ビックバンから3分ほどたつと水素原子核(陽子)や中性子が結合し始め重水素や三重水素、ヘリウムなどの原子核が作られるようになった。原子核はプラスの電気を帯び、電子はマイナスの電気を帯びているので結合したすいと容易に想像できるがビックバン直後は宇宙全体がとても熱く、結合してもすぐに離れを繰り返す状態であった。原子核と電子が結合して電気的に中性の原子ができるようになったのはビックバンから38万年後であった。現在の宇宙は70%程が水素で占められているので一番多い元素である。しかし地球上にある空気は窒素と酸素で占められている。なぜそうなのかというと水素は地球上では他の物質と結合していることが多いからである。代表的なものが水である。水は酸素と水素が結合していることを学習した。水素は人類にとって欠かせない元素である。そういった水素を活用した電池の開発などが進められていて環境にやさしいエネルギーになるものとして近年大きな注目を浴びている。

分類非金属
原子量[1.00784 , 1.00811]
地殻濃度1520ppm
色 / 形状無色 / 気体
融点 / 沸点―259.14℃ / ―252.87℃
密度 / 硬度0.08988kg/m³ / ―
酸化数―1、0、+1
存在場所宇宙空間に広く存在

・ヘリウム(He)について

 ヘリウムは地球上では最も軽い希ガスであり燃えて爆発はしない安全なものである。また宇宙で2番目に多い元素で太陽系を構成する物質の27.4%をしめている。しかし地球の大気には0.0005%しか含まれておらず、1868年イギリスの天文学者ロッキャーが発見するまで確認することができなかった。

 ヘリウムは-272.2℃で液体になるので極低温の世界を作り出すのに重宝されている。液体ヘリウムによる極低温の世界はさまざまな金属や合金の電気抵抗がゼロになる超伝導現象が起こせる。電気抵抗がゼロということは流れている電気エネルギーの一部が熱になって逃げるということがないので消費電力をすくなくできる。よって強力な電磁石をつくれるのでリニアモーターカーや医療用のMRI装置などに使われている。ヘリウムガスは限られた地域の天然ガスに少量含まれており、需要が増えてきた昨今、必要なヘリウムを確保するが大きな課題になっている。

分類非金属・希ガス
原子量4.002602
地殻濃度0.008ppm
色 / 形状無色/気体
融点 / 沸点―272.2℃ / ―268.934℃
密度 / 硬度0.1758 kg/m³ / ―
酸化数0
存在場所天然ガスなど

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