水素
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水素 、1H
青と紫の光が発せられる透明な管
水素のプラズマ状態での紫色の輝き
水素
外観無色の気体
標準原子量A r °(H)
周期表における水素
水素ヘリウム
リチウムベリリウムボロン炭素窒素酸素フッ素ネオン
ナトリウムマグネシウムアルミニウムシリコンリン硫黄塩素アルゴン
カリウムカルシウムスカンジウムチタンバナジウムクロムマンガン鉄コバルトニッケル銅亜鉛ガリウムゲルマニウム砒素セレン臭素クリプトン
ルビジウムストロンチウムイットリウムジルコニウムニオブモリブデンテクネチウムルテニウムロジウムパラジウム銀カドミウムインジウム錫アンチモンテルルヨウ素キセノン
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウムアメリシウムキュリウムバークリウムカリホルニウムアインシュタイニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットレントゲンコペルニシウムニホニウムフレロビウムモスコビウムリバモリウムテネシンオガネソン
– ↑ H ↓ Li
（なし）←水素→ヘリウム
原子番号（Z）1
グループ第1族：水素とアルカリ金属
期間期間1
ブロック Sブロック
電子配置1秒1
殻あたりの電子数1
物理的特性
STPでの 位相ガス
融点（H 2）13.99  K（−259.16 °C、−434.49 °F）
沸点（H 2） 20.271 K （−252.879 °C、−423.182 °F）
密度（  STP）0.08988 g/L
液体の場合（  mp）0.07 g/cm 3（固体：0.0763 g/cm 3）[ 3 ]
液体時（ 沸点）0.07099 g/cm 3
三重点13.8033 K、7.041 kPa
臨界点32.938 K、1.2858 MPa
融解熱（H2 ） 0.117  kJ/モル
蒸発熱（H 2） 0.904 kJ/モル
モル熱容量14.418 J/(モル·K) ( H ) 28.836 J/(モル·K) ( H 2 )
比熱容量14303.571 J/(kg·K) ( H )
蒸気圧
P （パ）1 10 100 1キロ 1万 10万
T （K）で 15 20
原子の性質
酸化状態共通: −1, +1
電気陰性度ポーリングスケール：2.20
イオン化エネルギー
  • 1位: 1312.0 kJ/モル
共有結合半径午後31時±5 時
ファンデルワールス半径午後120時
スペクトル範囲における色の線
水素のスペクトル線
その他の特性
自然発生原始的な
結晶構造六角形（hP4）
格子定数
水素の六方結晶構造
a  = 378.97 pm c  = 618.31 pm （三重点）[ 5 ]
熱伝導率0.1805 W/(m⋅K)
磁気秩序反磁性[ 6 ]
モル磁化率−3.98 × 10 -6  cm 3 /mol (298 K) [ 7 ]
音速1310 m/s（気体、27℃）
CAS番号12385-13-6 1333-74-0 ( H 2 )
歴史
ネーミング名前はギリシャ語で「水を作るもの」を意味する
発見と最初の分離ヘンリー・キャベンディッシュ[ 8 ] [ 10 ] [ 11 ] (1766)
命名者アントワーヌ・ラヴォアジエ[ 8 ] [ 9 ] (1783)
水素の同位体
主な同位体[ 12 ]減衰
アイソトープ豊富半減期（t 1/2）モード製品
1時間 99.9855%安定した
2時間0.0115%安定した
3時間トレース12.32歳β −3彼
重水素の存在量は非常に変動しやすい

水素は化学元素であり、記号Hで表され、原子番号は1 です。水素は宇宙で最も軽く、最も豊富な化学元素であり、通常の物質全体の約 75% を構成しています。標準条件下では、水素は化学式H 2の二原子分子の気体で、二水素、あるいは水素ガス、分子状水素、あるいは単に水素と呼ばれることがあります。二水素は無色、無臭、無毒で、非常に可燃性です。太陽を含む恒星は主にプラズマ状態の水素で構成されていますが、地球上では、水素はH 2 (二水素) ガスとして、また水や有機化合物などの分子の形で存在しています。水素の最も一般的な同位体である1 H は、陽子1 個、電子1 個で構成され、中性子は存在しません。     

水素ガスは17世紀に、酸と金属の反応 によって初めて人工的に生成されました。ヘンリー・キャベンディッシュは1766年から1781年にかけて、水素ガスを独自の物質として特定し、燃焼すると水を生成するという性質を発見しました。これが「水を作るもの」を意味する水素の名前の由来です（古代ギリシャ語のὕδωρ、ローマ字表記はhúdōr（ 水）とγεννάω（gennáō）（「私は生み出す」）に由来）。水素が吸収・放出する光の色を理解することは、量子力学の発展において極めて重要な役割を果たしました。  

水素は、極度の圧力下を除いて通常は非金属ですが、ほとんどの非金属と容易に共有結合を形成し、水やさまざまな有機物質などの化合物の形成に寄与します。水素の役割は、主に可溶性分子間のプロトン交換を伴う酸塩基反応において非常に重要です。イオン性化合物では、水素は負に帯電した陰イオン（水素化物）または正に帯電した陽イオン（H +、ハイドロン）のいずれかの形をとります。ハイドロンは水分子と強く結合していますが、水溶液の挙動に強く影響し、 pHの重要性に反映されています。一方、水素化物は溶媒を脱プロトン化してH 2を生成する傾向があるため、めったに観察されません。[ 13 ] 

初期宇宙では、ビッグバンから約37万年後、宇宙が膨張し、プラズマが十分に冷えて電子が陽子に結合したままになったことで、中性の水素原子が形成されました。星の形成が始まると、銀河間物質中の水素の大部分は再電離しました。

水素のほぼすべての生産は、化石燃料の変換、特に天然ガスの水蒸気改質によって行われています。水や塩水から電気分解によって水素を生成することもできますが、この方法はより高価です。主な工業用途としては、化石燃料の処理と肥料用のアンモニア製造が挙げられます。水素の新たな用途としては、燃料電池による発電が挙げられます。

プロパティ

原子水素

電子エネルギーレベル

水素原子中の電子の基底状態エネルギー準位は-13.6電子ボルト（eV）であり、[ 14 ]これは波長約91ナノメートルの紫外線光子に相当します。[ 15 ]水素のエネルギー準位は連続した量子数で表され、 は基底状態です。水素のスペクトル系列は、高エネルギー準位から低エネルギー準位への遷移による光の放出に対応しています。[ 16 ] : 105 各エネルギー準位は、電子と陽子間のスピン相互作用によってさらに4つの超微細準位に分割されます。[ 17 ]   n＝1{\displaystyle n=1}

物理定数の定義には、水素原子のエネルギー準位の高精度な値が必要である。量子計算により、エネルギー準位への寄与は9つ特定されている。ディラック方程式の固有値が最大の寄与である。その他の項としては、相対論的反跳項、自己エネルギー項、真空分極項などがある。[ 18 ]

命名法

化学名の標準化機構であるIUPACは、文脈上、天然同位体の存在比が想定されている場合、または同位体を無視している場合に、一般名を用いています。これらの一般名は、中性原子には水素、正イオン（H +）にはハイドロン、負イオン（H - ）には水素化物です。正イオンにはプロトンという名称がしばしば用いられますが、これは厳密には主要同位体の陽イオンにのみ当てはまります。1H. [ 19 ]​

同位体

水素1（質量数1、電子1個、陽子1個）、水素2または重水素（質量数2、電子1個、陽子1個、中性子1個）、水素3または三重水素（質量数3、電子1個、陽子1個、中性子2個）のそれぞれの構造を示す図
水素の3つの天然同位体：水素1（プロチウム）、水素2（重水素）、水素3（トリチウム）

水素には3つの天然同位体があり、1H、2手​ 3H . その他の極めて不安定な核種 （4Hから7H）は実験室で合成されているが、自然界では観察されていない。[ 20 ] [ 21 ]

1Hは最も一般的な水素同位体であり、存在比は99.98%を超えています。この同位体の核は1つの陽子のみで構成されているため、正式名称はプロチウム（陽子）ですが、あまり使われていません。 [ 22 ] Hは中性子を持たない唯一の安定同位体です（ [ 23 ]）。

2もう一つの安定水素同位体であるHは重水素として知られ原子核に陽子1個と中性子1個を含んでいます。宇宙に存在するほぼすべての重水素原子核は、ビッグバン元素合成で生成されたと考えられており、それ以来存在し続けています。 [ 24 ]：24.2 重水素は放射性ではなく、重大な毒性の危険性もありません。通常の水素の代わりに重水素を含む分子が濃縮された水は重水と呼ばれます。重水素とその化合物は、化学実験や溶媒において非放射性標識として使用されます。1H - NMR分光法。[ 25 ]重水は原子炉の中性子減速材および冷却材として用いられる。重水素は商業用核融合の燃料としても有望である。[ 26 ]

3Hはトリチウムとして知られ、その原子核には陽子1個と中性子2個が含まれています。放射性があり、半減期12.32年のベータ崩壊でヘリウム3に崩壊します。 [ 27]トリチウムは、時計の針や文字盤マーカーの塗装など、データ表示の視認性を高めるための夜光塗料に使用できるほど放射性が高いです。時計のガラスは、少量の放射線がケースから漏れるのを防ぎます。 [ 28 ]少量のトリチウムは、大気ガスに衝突する宇宙線によって自然に生成されます。また、核兵器実験でもトリチウムが放出されています。 [ 29 ]核融合に使用され、 [ 30 ]同位体地球化学のトレーサーとして、 [ 31 ]特殊な自己発電照明装置にも使用されています。 [ 32 ]トリチウムは、化学および生物学の標識実験で放射性標識として使用されています。 [ 33 ] 

元素の中では珍しく、水素の同位体には一般的に独自の名前が付けられています。放射能の研究初期には、重い放射性同位体にも独自の名前が付けられていましたが、現在ではほとんど使われていません。記号Dと T（2手​3H )は重水素と三重水素の記号として使われることがあるが、Pという記号はすでにリン に使われていたため、三重水素には使えなかった。[ 34 ]国際純正応用化学連合（IUPAC）は命名ガイドラインで、 D、T、 2手​3Hは使用されるが2手​3Hが好ましい。[ 35 ]

反水素（H）は水素の反物質相同物である。反陽子と陽電子から構成される。 [ 36 ] [ 37 ]反ミューオンと電子から構成されるエキゾチック原子ミュオニウム（記号Mu）は、水素の反物質相同物である。IUPAC命名法では、塩化水素と水素化ナトリウムにそれぞれ類似する、塩化ミュオニウム（ MuCl）とミュオニドナトリウム（NaMu ）といった仮想化合物が採用されている。[ 38 ]   

二水素

標準条件下では、水素は化学式H 2で表される二原子分子の気体であり、正式には「二水素」[ 39 ] : 308 と呼ばれますが、「分子状水素」[ 40 ]、あるいは単に水素とも呼ばれます。二水素は無色、無臭、可燃性の気体です。[ 40 ] 

燃焼

空気中の酸素と水素の燃焼。底部のキャップを外して空気を取り込むと、容器内の水素が上昇し、空気と混ざり合って燃焼します。

水素ガスは非常に可燃性が高く、空気中の酸素と反応して液体の水を生成します。

2 H 2 (g) + O 2 (g) → 2 H 2 O(l)

水素1モルあたりに放出される熱量は−286 キロジュール （kJ）、または 1キログラム（2.2ポンド）の質量に対して141.865 メガジュール（MJ）。 [ 41 ]

水素ガスは、濃度が4%～74% [ 42 ]および塩素5%～95%。水素の自然発火温度、つまり空気中で自然発火する温度は500℃（932℉）である。[ 43 ]高圧水素が漏れると、漏れ自体からの衝撃波によって空気が自然発火温度まで加熱され、炎上や爆発を引き起こす可能性がある。[ 44 ]

水素の炎はかすかな青色と紫外線を発します。[ 45 ] 水素火災は日光の下では肉眼ではほとんど見えないため、炎検知器が水素火災の検知に使用されます。 [ 46 ] [ 47 ]

スピン異性体

分子状水素は、核スピン状態が異なる2つの核異性体として存在する。 [ 48 ]オルト水素型では、2つの核スピンは平行で、分子スピン全体のスピンを持つスピン三重項状態を形成する。パラ水素型では、スピンは反平行で、スピンを持つスピン一重項状態を形成する。オルト水素とパラ水素の平衡比は温度に依存する。室温またはそれより高い温度では、平衡水素ガスには約25%のパラ型と75%のオルト型が含まれる。[49 ]オルト型は励起、パラ型よりもエネルギーがS＝1{\displaystyle S=1}S＝0{\displaystyle S=0}1.455  kJ/mol [ 50 ]であり、低温まで冷却すると数分かけてパラ型に変換されます。[ 51 ]これらの異性体の熱的性質は、それぞれが異なる回転量子状態を持つため異なります。[ 52 ]

H2のオルト対パラ比は、液体水素の液化と貯蔵において重要な考慮事項です。オルトからパラへの変換は発熱反応であり、冷却過程でパラ水素への変換が起こらなければ、液体の大部分を蒸発させるのに十分な熱が発生します。[ 53 ]そのため、水素の冷却中には、この液体の損失を防ぐために、酸化鉄(III)や活性炭化合物などのオルト-パラ相互変換触媒が使用されます。[ 54 ]

フェーズ

対数目盛りで表された水素の状態図。線は相の境界を示し、液体-気体線の端が臨界点を示している。水素の三重点は目盛りの左側にわずかにずれている。
対数目盛りの水素の状態図。左端は約1気圧に相当する。[ 55 ]

液体水素は、水素の臨界点である33ケルビン（-240.2℃、-400.3℉）以下の温度でも存在することができます。 [ 56 ]しかし、大気圧下で完全に液体状態になるためには、水素を20.28ケルビン（-252.87℃、-423.17℉）まで冷却する必要があります。水素は1898年にジェームズ・デュワーによって、再生冷却と彼の発明である真空フラスコ を用いて液化されました。[ 57 ]

液体水素は、水素の融点である14.01 K（-259.14 °C、-434.45 °F）以下の標準圧力下で固体水素となる。第一相から第五相として知られる明確な固体相が存在し、それぞれが特徴的な分子配列を示す。[ 58 ]三重点では液体と固体が混在することもあり、この混合物はスラッシュ水素として知られている。[ 59 ]  

金属水素は、極めて高い圧力（4億Pa（58,000psi  ）以上）で得られる相で あり、電気伝導体である。木星のような巨大惑星の深部に存在すると考えられている。[ 58 ] [ 60 ]

水素はイオン化するとプラズマとなり、恒星内部ではこの形で存在する。[ 61 ]

熱的および物理的特性

大気圧における水素（H2）の熱的および物理的性質[ 62 ] [ 63 ]
温度（K） 密度（kg/m 3） 比熱（kJ/kg・K） 動粘度（kg/ms） 動粘度（m 2 /s） 熱伝導率（W/m・K） 熱拡散率（m 2 /s） プラントル数
100 0.24255 11.23 4.21E-06 1.74E-05 6.70E-02 2.46E-05 0.707
150 0.16371 12.602 5.60E-06 3.42E-05 0.0981 4.75E-05 0.718
200 0.1227 13.54 6.81E-06 5.55E-05 0.1282 7.72E-05 0.719
250 0.09819 14.059 7.92E-06 8.06E-05 0.1561 1.13E-04 0.713
300 0.08185 14.314 8.96E-06 1.10E-04 0.182 1.55E-04 0.706
350 0.07016 14.436 9.95E-06 1.42E-04 0.206 2.03E-04 0.697
400 0.06135 14.491 1.09E-05 1.77E-04 0.228 2.57E-04 0.69
450 0.05462 14.499 1.18E-05 2.16E-04 0.251 3.16E-04 0.682
500 0.04918 14.507 1.26E-05 2.57E-04 0.272 3.82E-04 0.675
550 0.04469 14.532 1.35E-05 3.02E-04 0.292 4.52E-04 0.668
600 0.04085 14.537 1.43E-05 3.50E-04 0.315 5.31E-04 0.664
700 0.03492 14.574 1.59E-05 4.55E-04 0.351 6.90E-04 0.659
800 0.0306 14.675 1.74E-05 5.69E-04 0.384 8.56E-04 0.664
900 0.02723 14.821 1.88E-05 6.90E-04 0.412 1.02E-03 0.676
1000 0.02424 14.99 2.01E-05 8.30E-04 0.448 1.23E-03 0.673
1100 0.02204 15.17 2.13E-05 9.66E-04 0.488 1.46E-03 0.662
1200 0.0202 15.37 2.26E-05 1.12E-03 0.528 1.70E-03 0.659
1300 0.01865 15.59 2.39E-05 1.28E-03 0.568 1.96E-03 0.655
1400 0.01732 15.81 2.51E-05 1.45E-03 0.61 2.23E-03 0.65
1500 0.01616 16.02 2.63E-05 1.63E-03 0.655 2.53E-03 0.643
1600 0.0152 16.28 2.74E-05 1.80E-03 0.697 2.82E-03 0.639
1700 0.0143 16.58 2.85E-05 1.99E-03 0.742 3.13E-03 0.637
1800 0.0135 16.96 2.96E-05 2.19E-03 0.786 3.44E-03 0.639
1900 0.0128 17.49 3.07E-05 2.40E-03 0.835 3.73E-03 0.643
2000 0.0121 18.25 3.18E-05 2.63E-03 0.878 3.98E-03 0.661

歴史

18世紀

鉄粉と希酸の反応を発見したロバート・ボイル

1671年、アイルランドの科学者ロバート・ボイルは鉄粉と希酸の反応を発見し、水素ガスを生成することを記述した。[ 64 ] [ 65 ]ボイルはこのガスが可燃性であることには触れなかったが、水素は燃焼のフロギストン説を 覆す上で重要な役割を果たすことになる。[ 66 ]

1766年、ヘンリー・キャベンディッシュは、金属酸反応で生じるガスを「可燃性空気」と名付け、水素ガスを独立した物質として初めて認識しました。彼は「可燃性空気」が、仮説上の物質「フロギストン」と同一であると推測しました[ 67 ] [ 68 ]。さらに 1781年には、このガスが燃焼すると水を生成することを発見しました。彼は、元素としての水素の発見者として広く知られています[ 11 ] [ 10 ]。

水素として知られるようになった元素を特定したアントワーヌ・ラボアジエ

1783年、アントワーヌ・ラボアジエは、水素が燃焼すると水が生成されるというキャベンディッシュの発見をラプラスと共に再現し、後に水素として知られる元素を特定しました[ 69 ] 。 [ 10 ]ラボアジエは、質量保存の実験のために、火で加熱した白熱鉄管を通して金属鉄を水流で処理することで水素を生成しました。高温における水の陽子による鉄の嫌気性酸化は、以下の一連の反応で模式的に表すことができます。

  • Fe + H 2 O → FeO + H 2
  • 2 Fe + 3 H 2 O → Fe 2 O 3 + 3 H 2
  • 3 Fe + 4 H 2 O → Fe 3 O 4 + 4 H 2

多くの金属は水と同様に反応し、水素を生成します。[ 70 ]状況によっては、このH2生成プロセスが問題となる場合があり、例えば、原子燃料棒のジルコニウム被覆管の場合がそうです。[ 71 ]

19世紀

1806年までに、水素は気球の充填に使用されました。[ 72 ]フランソワ・イザック・ド・リヴァは1806年に、水素と酸素の混合物を動力源とする内燃機関である最初のド・ リヴァ・エンジンを製作しました。エドワード・ダニエル・クラークは1819年に水素ガス吹き管を発明しました。ドーベライナーのランプとライムライトは1823年に発明されました。1898年、ジェームズ・デュワーは再生冷却と彼の発明である真空フラスコを用いて初めて水素を液化しました。彼は翌年、固体水素を製造しました。 [ 10 ]    

当時は理解されていなかったものの、明確に認識された最初の量子効果の一つは、ジェームズ・クラーク・マクスウェルによる、水素の比熱容量が室温以下では二原子気体の比熱容量から不可解なほど離れ、極低温では一原子気体の比熱容量に次第に似てくるという観察であった。量子論によれば、この挙動は（量子化された）回転エネルギー準位の間隔から生じ、水素は質量が小さいため、特にその間隔が広い。これらの間隔の広い準位は、低温の水素において熱エネルギーが回転運動に均等に分配されることを阻害する。より重い原子からなる二原子気体は、このように間隔の広い準位を持たず、同じ効果は示さない。[ 73 ]

20世紀

水素化物アニオンの存在は、1916年にギルバート・ N・ルイスによって第1族および第2族の塩状化合物 について示唆されました。 1920年、モースは溶融水素化リチウム（LiH）を電気分解し、陽極において化学量論量の水素を生成しました。[ 74 ]    

黒い背景に紫、青、シアン、赤の細い線が 1 本ずつ重ねて表示された線スペクトル。
バルマー系列の4つの可視線における水素の発光スペクトル線

水素原子は陽子と電子のみからなる単純な原子構造をしており、その性質から、水素原子と、そこから発生する光や吸収される光のスペクトルは、原子構造理論の発展において中心的な役割を果たしてきた。[ 75 ]水素のエネルギー準位は、電子が地球が太陽の周りを回るのと同様に陽子の周りを回るボーア模型を用いてかなり正確に計算できる。しかし、電子と陽子は静電引力によって結合しているのに対し、惑星や天体は重力によって結合している。ボーアが初期の量子力学で提唱した角運動量の離散化により、ボーア模型における電子は陽子から一定の許容距離しかとることができず、したがってエネルギーも一定の許容範囲しかとれない。[ 76 ]

シュレーディンガー方程式を直接解くことができる唯一の中性原子としての水素のユニークな位置は、そのエネルギー論の探究を通して量子力学の理解に大きく貢献した。[ 77 ]さらに、水素分子の対応する単純さと対応する陽イオンHの研究は、+21920年代半ばに水素原子の量子力学的取り扱いが開発された直後、化学結合の性質についての理解がもたらされた。 [ 78 ]

水素飛行船

ニューヨーク上空の飛行船ヒンデンブルク号
1937年、ニューヨーク上空のヒンデンブルク号 

H2は空気のわずか 7% の密度しかないため、気球や飛行船の浮上ガスとしてかつては広く使用されていました。[ 79 ]最初の水素気球は1783 年にジャック・シャルルが発明しました。1852 年にアンリ・ジファールが最初の水素飛行船を発明して以来、水素は最初の信頼性の高い航空旅行の形態に浮力をもたらしました。ドイツのフェルディナント・フォン・ツェッペリン伯爵は、後にツェッペリンと呼ばれる水素で浮上する硬式飛行船のアイデアを推進し、その最初の飛行船は1900 年に初飛行を行いました。 [ 10 ]定期便は 1910 年に開始され、1914 年8 月に第一次世界大戦が勃発するまでに、重大な事故もなく 35,000 人の乗客を運びました。第二次世界大戦中、飛行船の形をした水素を燃料とする飛行船は、特にアメリカ東海岸で観測プラットフォームや爆撃機として使用されました。[ 80 ]         

最初の無寄港大西洋横断は1919年にイギリスの飛行船R34によって達成され、定期旅客便は1920年代に再開されました。1937年5月6日にニュージャージー上空で火災を起こしたヒンデンブルク号には水素が使用されていました。 [ 10 ]飛行船に充填されていた水素は、おそらく静電気によって発火し、炎上しました。[ 81 ]この事故の後、商業的な水素飛行船の運航は停止しました。水素は、不燃性だがより高価なヘリウムよりも、気象観測気球の浮上ガスとして現在も使用されています。[ 82 ]    

重水素と三重水素

重水素は1931年12月にハロルド・ユーリー によって発見され、三重水素は1934年にアーネスト・ラザフォード、マーク・オリファント、ポール・ハーテックによって合成されました。[ 11 ]通常の水素の代わりに重水素を含む重水は、ユーリーのグループによって1932年に発見されました。 [ 10 ]  

化学

H 2の反応

鉄の二水素錯体[HFe(H 2 )(dppe) 2 ] +

H 2は比較的反応性が低い。この低い反応性の熱力学的根拠は、非常に強いH-H結合であり、その結合解離エネルギーは435.7  kJ/mol。[ 83 ]水素は二水素錯体 と呼ばれる配位錯体を形成します。これらの種は、水素と金属触媒との相互作用の初期段階に関する知見を提供します。中性子回折によると、これらの錯体では金属と2つの水素 原子が三角形を形成します。HH結合はそのまま残りますが、伸長しています。これらは酸性です。[ 84 ]

地球上では珍しい存在であるが、H+3 イオンは宇宙に広く存在する。前述の二水素錯体と同様に、三角形の分子状をしており、プロトン化分子状水素、あるいは三水素陽イオンとして知られている。[ 85 ]

水素は塩素と反応してHClを生成し、臭素と反応してHBrを連鎖反応で生成します。この反応には開始が必要です。例えば、臭素2の場合、二臭素分子はBr 2 + (紫外線) → 2Br• のように分解されます。反応が進行するにつれて水素分子が消費され、 HBr、Br 、H原子 が生成されます。     

Br• + H 2 → HBr + H
H + Br 2 → HBr +Br

最後に終了反応:

H + HBr → H 2 + Br•
2 Br• → Br 2

残りの原子を消費します。[ 86 ]：289

アルケンやアルキンなどの不飽和有機化合物へのH 2の付加は水素化と呼ばれる。反応がエネルギー的に有利であっても、高温でも自発的には起こらない。白金やニッケルなどの微粒子触媒の存在下では、反応は室温で進行する。[ 87 ] : 477

水素含有化合物

水素は+1と-1の両方の酸化状態で存在し、イオン結合と共有結合によって化合物を形成します。この元素は、水、炭化水素、その他多くの有機化合物を含む幅広い物質の一部です。[ 88 ] H +イオン（1つの陽子と電子がないため、一般的にプロトンと呼ばれます）は、酸塩基化学において中心的な役割を果たしますが、陽子は自由に動きません。ブレンステッド・ローリーの枠組みでは、酸は塩基にH +イオンを供与する能力によって定義されます。 [ 89 ]   

水素は炭素と炭化水素として知られる多種多様な化合物を形成し、さらに他の元素（ヘテロ原子）とはさらに多様な化合物を形成し、生物に関連することが多い幅広い有機化合物のクラスを生み出します。[ 88 ]

水素化ナトリウムのサンプル

水素の酸化状態が -1 である水素化合物は水素化物 として知られており、通常は水素と金属の間で形成されます。水素化物はイオン性 (別名、塩類)、共有結合性、金属性です。加熱すると、H 2 はアルカリ金属およびアルカリ土類金属と効率的に反応して、それぞれ式MH および MH 2のイオン性水素化物を生成します。これらの塩のような結晶性化合物は融点が高く、すべて水と反応して水素を放出します。共有結合性水素化物には、ボランやポリマー水素化アルミニウムが含まれます。遷移金属は、金属への水素の連続溶解によって金属水素化物を形成します。 [ 90 ]よく知られている水素化物は水素化アルミニウムリチウムで、[AlH 4 ] -アニオンは Al(III) にしっかりと結合した水素化物中心を持っています。[ 91 ]おそらく最も広範な一連の水素化物はボランであり、ホウ素と水素のみからなる化合物です。[ 92 ]  

水素化物は、これらの電気陽性元素に末端配位子としてだけでなく、架橋配位子としても結合することができる。ジボラン （B 2 H 6）では、4つの水素原子が末端に、2つの水素原子が2つのホウ素原子の間を架橋している。[ 27 ]

水素結合

水素は、より電気陰性度の高い元素、特にフッ素、酸素、窒素と結合すると、酸素や窒素のような孤立電子対を持つ他の電気陰性度の高い元素と中程度の強度の非共有結合を形成する。この現象は水素結合と呼ばれ、多くの生体分子の安定性に極めて重要である。[ 93 ] : 375 [ 94 ]水素結合は分子構造、粘度、溶解度、融点と沸点、さらにはタンパク質の折り畳みダイナミクスを変化させる。[ 95 ]

陽子と酸

DNAの「A-T塩基対」は、水素結合が遺伝暗号にとっていかに重要であるかを示しています。この図は、多くの化学描写においてCH結合が必ずしも明確に示されていないことを示しており、それが広く普及していることを示しています。

水中では、水素結合が反応熱力学において重要な役割を果たします。水素結合はプロトン移動へと変化することがあります。ブレンステッド・ローリーの酸塩基理論によれば、酸はプロトン供与体であり、塩基はプロトン受容体です。[ 96 ]：28 裸のプロトン （H +）は、本質的に真空以外では存在できません。そうでなければ、他の原子、イオン、または分子に結合します。メタンのように不活性な化学種でさえ、プロトン化される可能性があります。「プロトン」という用語は、他の溶媒和化学種に結合した溶媒和水素陽イオンを指すために、緩く比喩的に使用されています。 「H + 」と表記されますが、これは、単一のプロトンが溶液中に化学種として自由に存在していることを意味するものではありません。溶液中の裸のプロトンの含意を避けるため、酸性水溶液は「ヒドロニウムイオン」（[H 3 O] +）、より正確には[H 9 O 4 ] +を含むと考えられることがあります。[ 97 ]他のオキソニウムイオンは、水が他の溶媒と酸性溶液になっているときに見つかります。[ 98 ]  

これらの溶媒和プロトンの濃度は溶液のpH値を決定します。pH値は対数スケールで、溶液の酸性度または塩基性度を反映します。pH 値が低いほど、ヒドロニウムイオンの濃度が高く、より酸性度の高い状態になります。[ 99 ]

発生

宇宙

黒い背景に白緑の綿のようなクロッグ。
NGC 604 、さんかく座銀河の巨大なイオン化水素領域

水素は原子Hとして、宇宙で最も豊富な化学元素であり、質量で通常の物質の75％を占めます。[ 100 ]原子数では90％以上を占めます。[ 101 ]初期宇宙では、ビッグバン後の最初の1秒間に陽子が形成され、約37万年後の再結合期に宇宙が膨張し、プラズマが電子が陽子に結合したままになるのに合わせて中性の水素原子が形成されました。[ 102 ] 

天体物理学では、星間物質中の中性水素はHI、電離水​​素はHIIと呼ばれます 。[  103 ]星からの放射線はHIIをHIIに電離させ、 星 の周りに電離HIIの球体を 形成します。宇宙の年代記では、再電離の時代に星が誕生するまで中性水素が優勢でしたが、その後、電離水素の泡が発生し、数億年かけて成長し、融合しました。[ 104 ] これらは、21センチメートルの水素線の源であり、1420MHzの 高エネルギー電磁波を検出し、原始水素の存在を調査する。減衰ライマンアルファ系に見られる大量の中性水素は、赤方偏移z = 4までの宇宙の宇宙論的バリオン密度を支配していると考えられている。[ 105 ]

水素は恒星や巨大ガス惑星に豊富に存在します。水素分子雲は星形成と関連しています。水素は、低質量星における陽子-陽子反応、そして太陽よりも質量の大きい星におけるCNOサイクルによる核融合反応を通じて、恒星のエネルギー源として重要な役割を果たしています。[ 106 ] 

プロトン化分子水素 （H+3）は星間物質中に存在し、宇宙線による水素分子の電離によって生成されます。このイオンは木星の上層大気でも観測されています。このイオンは宇宙空間において低温・低密度のため長寿命です。H+3は宇宙で最も豊富なイオンの一つであり、星間物質の化学において重要な役割を果たしている。[ 107 ]中性三原子水素H3は励起状態でのみ存在でき、不安定である。[ 108 ]

地上

水素は地球上で3番目に豊富な元素であり[ 109 ] 、主に炭化水素や水などの化合物中に存在します[ 27 ] 。元素水素は通常、標準状態ではH2のガス状です。地球の大気中には非常に低濃度で存在します（約地球上の水素濃度は、モル濃度で0.53ppm  （ 100万分の1モル）と低く、その軽さゆえに、より重いガスよりも速く大気中から放出されます。大気中の濃度は低いものの、地球上の水素は数種類のバクテリアの代謝を支えるのに十分な量です。[ 111 ]

マリ、フランス、オーストラリアなどいくつかの国で、大規模な地下水素鉱床が発見されている。[ 112 ] 2024年時点で、地下水素がどれだけ経済的に採掘できるかは不透明である。[ 112 ]

生産と保管

産業ルート

現在、世界で供給されている水素ガス （H2 ）のほぼ全ては化石燃料から生産されています。[ 113 ] [ 114 ]： H2を生産する方法は数多くありますが、商業的には主に3つの方法が用いられています。水蒸気改質法（水性ガス転化法と併用）、炭化水素の部分酸化法、そして水電気分解法です。[ 115 ]

水蒸気改質

水素製造に使用されるプロセスである天然ガスの水蒸気改質（SMR）と水性ガスシフト（WGS）反応の入力と出力

水素は主に水蒸気メタン改質 （SMR）、つまり水とメタンの反応によって生成されます。[ 116 ] [ 117 ]そのため、高温（1,000〜1,400 K [730〜1,130 °C; 1,340〜2,060 °F]）では、水蒸気（水蒸気）がメタンと反応して一酸化炭素とH2が生成されます。  

CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2

このプロセスで1トンの水素を生産すると、6.6～9.3 トンの二酸化炭素です。[ 118 ]天然ガス原料の生産では、放出されたメタンや逃散メタンなどの排出物も生成され、これが水素の全体的なカーボンフットプリントにさらに寄与します。[ 119 ]

この反応は低圧で有利に行われますが、高圧 （2.0  MPa  [20  atm ; 590  inHg ]）で行われます。高圧水素は最も市場性の高い製品であり、圧力スイング吸着（PSA）精製システムは高圧でより効果的に機能するためです。生成混合物は「合成ガス」と呼ばれ、メタノールやその他の多くの化合物の製造に直接使用されることが多いためです。メタン以外の炭化水素も、様々な生成物比率で合成ガスを生成するために使用できます。この高度に最適化された技術における多くの問題点の一つは、コークスまたは炭素の生成です。   

CH 4 → C + 2 H 2

そのため、水蒸気改質では通常、過剰量のH 2 Oが使用されます。追加の水素は、水性ガスシフト反応（WGS）を介して一酸化炭素を使用することで、水蒸気から回収することができます。このプロセスには酸化鉄触媒が必要です。[ 117 ]  

CO + H 2 O → CO 2 + H 2

水素は、分離されることなく、同じ工業プロセスで生産・消費されることがあります。アンモニア製造のためのハーバー法では、天然ガスから水素が生成されます。[ 120 ]

炭化水素の部分酸化

COとH2を生成する他の方法としては、炭化水素の部分酸化が挙げられる。[ 48 ]

2 CH 4 + O 2 → 2 CO + 4 H 2

商業的にはそれほど重要ではないが、石炭は上記の転化反応の前段階として役立つ可能性がある。[ 117 ]

C + H 2 O → CO + H 2

オレフィン製造ユニットは、特にエタンやプロパンのような軽質原料を分解する際に、大量の副産物水素を生成する可能性がある。[ 121 ]

水の電気分解

水の電気分解による水素生成の入力と出力

水の電気分解は、概念的には単純な水素生成方法です。

2 H 2 O(l) → 2 H 2 (g) + O 2 (g)

市販の電解装置は、強アルカリ溶液中でニッケルベースの触媒を使用しています。白金はより優れた触媒ですが、高価です。[ 122 ]再生可能エネルギーを用いた電気分解によって生成される水素は、一般に「グリーン水素」と呼ばれています。[ 123 ]

塩水を電気分解して塩素を生成すると[ 124 ]、副産物として高純度の水素も生成され、これは水素化などのさまざまな変換に使用されます。[ 125 ]

電気分解プロセスは、炭素回収・貯留なしでメタンから水素を製造するよりも高価である。[ 126 ]

水素電解装置の革新により、電気からの水素の大規模生産のコスト競争力が高まる可能性がある。[ 127 ]

メタンの熱分解

水素は天然ガス（メタン）の熱分解によって生成され、触媒の助けを借りて水素ガスと固体炭素が生成され、74  kJ/molの入力熱:

CH 4 (g) → C(s) + 2 H 2 (g) (Δ H ° = 74 kJ/mol)

得られた炭素は製造原料や燃料として販売されるか、埋め立て処分される可能性があります。この方法は既存の水素製造プロセスよりも炭素排出量が少ない可能性がありますが、炭素を除去し、触媒との反応を防ぐメカニズムが工業規模での利用には依然として課題となっています。[ 128 ] : 17 [ 129 ]

熱化学

水分解とは、水がその成分に分解されるプロセスです。生物学的シナリオに関連するのは次の式です。

2 H 2 O → 4 H + + O 2 + 4 e −

この反応は、すべての光合成生物における光依存反応において起こる。藻類のクラミドモナス・ラインハルティやシアノバクテリアなど、一部の生物は暗反応の第二段階として、葉緑体中の特殊な水素化酵素によって陽子と電子が還元され、水素ガスが生成される反応を進化させている。[ 130 ] 

シアノバクテリアの水素化酵素を遺伝子改変して、酸素存在下でもより効率的にH2ガスを生成する取り組みが行われてきた。 [ 131 ]また、バイオリアクター内で遺伝子改変藻類を用いた取り組みも行われている。[ 132 ] 

熱水分解のシナリオに関連するのは次の単純な方程式です。

2 H 2 O → 2 H 2 + O 2

水分解には200種類以上の熱化学サイクルが利用可能である。これらのサイクルの多くは、酸化鉄サイクル、酸化セリウム(IV)-酸化セリウム(III)サイクル、亜鉛-酸化亜鉛サイクル、硫黄-ヨウ素サイクル、銅-塩素サイクル、ハイブリッド硫黄サイクルなどであり、電気を使わずに水と熱から水素と酸素を生成する商業的可能性について評価されている。[ 133 ]多くの研究所（フランス、ドイツ、ギリシャ、日本、米国を含む）が太陽エネルギーと水から水素を生成する熱化学的方法を開発している。[ 134 ]

自然なルート

バイオ水素

H 2は生物体内でヒドロゲナーゼと呼ばれる酵素によって生成されます。このプロセスにより、宿主生物は発酵をエネルギー源として利用することができます。 [ 135 ]これらの酵素はH 2を酸化することもできるため、宿主生物はH 2から抽出した電子を用いて酸化された基質を還元することで生存することができます。[ 136 ]  

ヒドロゲナーゼ酵素は活性部位に鉄または鉄-ニッケル中心を有する。[ 137 ]生物による水素の生成と消費の自然サイクルは水素サイクルと呼ばれる。[ 138 ]

マイコバクテリウム・スメグマティスなどの一部の細菌は、他のエネルギー源が不足している場合でも、大気中の微量の水素をエネルギー源として利用できます。これらの細菌のヒドロゲナーゼは、活性部位から酸素を排除する小さなチャネルを備えているため、水素濃度が非常に低く、酸素濃度が通常の空気中と同程度であっても反応を起こすことができます。[ 110 ] [ 139 ]

ヒトの腸内にヒドロゲナーゼを利用する微生物が存在することを裏付けるように、ヒトの呼気中には水素（ H2 ）が存在する。安静時の空腹時の呼気中の濃度は通常、5  ppm ですが、腸疾患のある人が診断用水素呼気検査で吸収できない分子を摂取した場合、50ppmに達する。[ 140 ]

蛇紋岩化

蛇紋岩化作用は、高度に還元的な条件を生み出す地質学的メカニズムである。[ 141 ]このような条件下では、水は鉄 （Fe2歳以上）ファイアライト中のイオンと反応して水素ガスを発生させる：[ 142 ] [ 143 ]

Fe 2 SiO 4 + H 2 O → 2 Fe 3 O 4 + SiO 2 + H 2

この地質学的プロセスに密接に関連しているのがシコール反応です。

3 Fe(OH) 2 → Fe 3 O 4 + 2 H 2 O + H 2

このプロセスは、無酸素地下水中や地下水位下の還元性土壌中の鉄鋼の腐食にも関係している。[ 144 ]

実験室での合成

H2は実験室で生成される。例えば、金属電極と電解質を含む水を使った小規模な水の電気分解では、陰極で水素ガスが放出される。[ 99 ]

2H + (aq) + 2 e − → H 2 (g)

水素は他の反応の副産物としてもよく発生します。多くの金属は水と反応してH 2を生成しますが、水素発生速度は金属の種類、pH、合金化剤の存在によって異なります。ほとんどの場合、水素発生は酸によって引き起こされます。アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニウム、亜鉛、マンガン、鉄は、水溶液中の酸と容易に反応します。[ 99 ] 

Zn + 2 H + → Zn 2+ + H 2

アルミニウムなどの多くの金属は、不動態酸化皮膜を形成するため、水との反応が遅い。しかし、アルミニウムとガリウムの合金は水と反応する。高pH溶液中では、アルミニウムはH2と反応することがある。[ 99 ] 

2 Al + 6 H 2 O + 2 OH − → 2 [Al(OH) 4 ] − + 3 H 2

ストレージ

H 2 をエネルギー源として利用するには、その貯蔵が重要です。H 2 は溶媒にほとんど溶けません。例えば、室温で0.1ミリパスカル（9.9 × 10 −10  atm）の圧力下では、約1000kJ/cm²の体積しか溶解しません。 0.05 モルの水素が 1 キログラム (2.2 ポンド) のジエチルエーテルに溶解します。[ 90 ] H2は圧縮して貯蔵できますが、圧縮にはエネルギーを消費します。水素の臨界温度が低いため、液化は非現実的です。対照的に、アンモニアや多くの炭化水素は、加圧下で常温で液化できます。これらの理由から、水素キャリア 、つまりH2を可逆的に結合する材料が大きな注目を集めています。重要な問題は、キャリア材料内のH2当量の重量パーセントです。たとえば、水素は多くの希土類元素や遷移金属に可逆的に吸収され[ 145 ] 、ナノ結晶金属とアモルファス金属の両方に溶解します。[ 146 ]金属への水素の溶解度は、結晶格子の局所的な歪みや不純物の影響を受ける。[ 147 ]これらの特性は、水素を高温パラジウムディスクに通して精製する際には有用であるが、このガスの高い溶解度は冶金学的な問題でもあり、多くの金属の脆化に寄与し、[ 148 ]パイプラインや貯蔵タンクの設計を複雑にする。[ 149 ]

金属水素化物の貯蔵における最大の問題点は、その水素含有量が非常に少なく、 多くの場合1%程度であることです 。このため、低分子量化合物に水素を貯蔵することに関心が寄せられています。例えば、アンモニアボラン（H 3 N-BH 3）は19.8重量%の水素を含みます。この物質の問題点は、水素を放出した後、生成される窒化ホウ素が水素を再び付加しないことです。つまり、アンモニアボランは不可逆的な水素キャリアです。[ 150 ]より魅力的なのは、触媒存在下で加熱すると可逆的に水素を放出するテトラヒドロキノリンなどの炭化水素です。[ 151 ]   

C 9 H 10 NH ⇌ C 9 H 7 N + 2 H 2

アプリケーション

水素ラダー：中期的な水素の用途と利用のランキングだが、アナリストの意見は一致していない[ 152 ]

石油化学産業

化石燃料の「アップグレード」には大量の水素が使用される。水素の主な消費源としては、水素化脱硫と水素化分解が挙げられる。これらの反応の多くは水素化分解、すなわち水素による結合の切断に分類できる。液体化石燃料からの硫黄の分離がその好例である。[ 115 ] [ 153 ]

R 2 S + 2 H 2 → H 2 S + 2 RH

水素化

水素化、すなわち様々な基質へのH2の添加は大規模に行われている。N2の水素化はハーバー法によってアンモニアを生成する：[ 153 ]

N 2 + 3 H 2 → 2 NH 3

このプロセスは、産業全体のエネルギー予算の数パーセントを消費し、水素の最大の消費プロセスです。生成されたアンモニアは肥料製造に広く使用されており、これらの肥料は現代農業において不可欠な原料となっています。[ 154 ]水素化は、不飽和脂肪と油を飽和脂肪と油に変換するためにも使用されます。主な用途はマーガリンの製造です。メタノールは二酸化炭素の水素化によって生成されます。このプロセスに使用される水素と二酸化炭素の混合物は合成ガスとして知られています。同様に、塩酸製造における水素源でもあります。H 2は、いくつかの鉱石を金属に変換するための還元剤としても使用されます。 [ 155 ] [ 99 ]

燃料

 水素（H2 ）を燃料として利用する可能性については、広く議論されてきました。水素は燃料電池で発電に利用することも、[ 156 ]、燃焼させて熱を発生させることもできます。[ 157 ]水素が燃料電池で消費される場合、使用時に排出されるのは水蒸気のみです。[ 157 ]水素を燃焼させると、燃焼時に発生する汚染物質は比較的少ないものの、有害な窒素酸化物の熱生成につながる可能性があります。[ 157 ]

温室効果ガスの排出量が少ない、あるいはゼロの水素（グリーン水素）を生産できれば、化石燃料を電気の直接利用で置き換えることに課題や限界があるエネルギーシステムの脱炭素化に重要な役割を果たすことができます。[ 158 ] [ 126 ]

水素燃料は、鉄鋼、セメント、ガラス、化学薬品の工業生産に必要な高熱を発生させることができるため、製鉄用の電気アーク炉などの他の技術と並んで、産業の脱炭素化に貢献しています。[ 159 ]しかし、アンモニアや有機化学物質のよりクリーンな生産のための工業原料の提供において、より大きな役割を果たす可能性があります。[ 158 ]例えば、製鉄において、水素はクリーンな燃料として機能するだけでなく、石炭由来のコークス（炭素）に代わる低炭素触媒としても機能する可能性があります。[ 160 ]

2FeO + C → 2Fe + CO 2
対
FeO + H 2 → Fe + H 2 O

輸送の脱炭素化に使用される水素は、アンモニアやメタノールなどの水素由来の合成燃料や燃料電池技術の使用を通じて、船舶、航空、そしてそれほどではないが大型貨物車両で最大の用途が見込まれる。 [ 158 ]自動車を含む軽量車両の場合、水素は他の代替燃料車両、特にバッテリー電気自動車の導入率と比較するとはるかに遅れており、将来的には重要な役割を果たさない可能性がある。[ 161 ]

開口部から青い光が出ている黒い逆さの漏斗。
スペースシャトルのメインエンジンは水素と酸素を燃焼させ、最大推力ではほとんど目に見えない炎を発生させます。

液体水素と液体酸素は、スペースシャトルの主エンジンに見られるように、液体燃料ロケットにおいて極低温推進剤として使用されます。NASAは、液体ヘリウム中に懸濁した固体分子状水素粒子に凍結した原子状水素、ホウ素、または炭素からなるロケット推進剤の使用を研究してきました。この混合物は加温されると気化し、原子種が再結合して高温になります。[ 162 ]

変動性のある再生可能電力が余剰になったときに生成される水素は、原理的には貯蔵しておき、後で熱を発生させたり、電力を再生したりするために使用することができます。[ 163 ]さらに、アンモニアやメタノールなどの合成燃料 に変換することもできます。[ 164 ]水素燃料の欠点としては、水素の爆発性、他の燃料に比べて体積が大きいこと、材料を脆くする傾向があることなどにより、貯蔵と配送のコストが高くなることなどが挙げられます。[ 119 ]

ニッケル水素電池

衛星電力システム用に開発された、非常に長寿命で充電可能なニッケル水素電池は、 加圧された水素ガスを使用します。[ 165 ]国際宇宙ステーション、[ 166 ]マーズ・オデッセイ[ 167 ]マーズ・グローバル・サーベイヤー[ 168 ]にはニッケル水素電池が搭載されています。ハッブル宇宙望遠鏡も軌道の暗い部分でニッケル水素電池で稼働しており、[ 169 ]打ち上げから19年以上経過し、設計寿命を13年超えた2009年5月にようやく交換されました。 [ 170 ]   

半導体産業

水素は半導体製造において、アモルファスシリコンやアモルファスカーボンの切断された（「ダングリング」）結合を飽和させるために用いられ、材料特性の安定化に役立ちます。[ 171 ]水素は製造工程で意図しない副作用として導入され、ZnOにn型導電性をもたらす浅い電子ドナーとして作用し、トランスデューサーや蛍光体で重要な用途があります。[ 172 ] [ 173 ] ZnOとMgOの詳細な分析では、4重および6重の水素多中心結合の証拠が示されています。[ 174 ]水素の ドーピング挙動は材料によって異なります。[ 175 ] [ 176 ]

ニッチな用途と進化する用途

上記の用途以外にも、水素は次のような用途で小規模に使用されています。

安全と注意事項

水素
危険
GHSラベル：
GHS02: 可燃性
危険
H220
P202、P210、P271、P377、P381、P403 [ 188 ]
NFPA 704（ファイアダイヤモンド）
NFPA 704 4色ダイヤモンドHealth 0: Exposure under fire conditions would offer no hazard beyond that of ordinary combustible material. E.g. sodium chlorideFlammability 4: Will rapidly or completely vaporize at normal atmospheric pressure and temperature, or is readily dispersed in air and will burn readily. Flash point below 23 °C (73 °F). E.g. propaneInstability 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazards (white): no code
0
4
0

水素パイプラインや鋼製貯蔵容器では、水素分子が金属と反応しやすく、水素脆化を引き起こし、パイプラインや貯蔵容器に漏れが生じます。[ 189 ]水素は空気より軽いため、容易に蓄積して可燃性混合気を形成しません。[ 189 ]しかし、発火源がなくても、高圧水素が漏れると自然発火や爆発を引き起こす可能性があります。[ 189 ]

水素は少量でも空気と混合すると可燃性を示します。水素と空気の体積比が4%程度でも発火する可能性があります。[ 190 ]水素発火事故の約70%では発火源が特定できず、水素は自然発火すると考えられています。[ 189 ]

水素の火は非常に高温ですが、人間の目にはほとんど見えず、そのため偶発的な火傷につながる可能性があります。[ 47 ]水素は無毒ですが、[ 191 ]ほとんどのガスと同様に、適切な換気がないと窒息を引き起こす可能性があります。 [ 192 ]

参照

参考文献

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