質問: 地殻中に含まれるカリウム40の崩壊によって生じるため、大気中に約1%含まれている、元素記号Arで表される気体は何でしょう?
回答: アルゴン

タイトル: 同位体
自然界における同位体の存在比を、同位体比という。太陽系内の物質の同位体比は、放射性物質の影響および同位体効果を除くと、極めて一様である。これは太陽系誕生時に、物質が高温で熱せられ拡散したことにより、それ以前に各物質が保有していた固有の同位体比が平均化されたためと考えられている。原子量が整数からかけ離れている元素は複数の同位体(核種)からなり、その比率もまばらであることが多い。例えば塩素の原子量は約35.5であるが、これは塩素の同位体である塩素35と塩素37の存在比がおよそ3:1なためである。これを一般化するとn個の同位体Iiからなる元素の原子量Awはただし例外的に、太陽系物質ではありえない同位体比をもった粒子が、原始的な隕石から発見されており、それらは、超新星爆発や赤色巨星星周など太陽系外に起源を持ち、原始太陽系の高温時代を生き残った粒子だと考えられている。

タイトル: 水星の大気
マリナー10号の紫外線観測によって外気圏の表面密度は立方センチメートルあたり10程度と見積もられている。表面圧はおおよそ10バール程度である。水星の外気圏の温度は地理的な位置だけでなく構成する物質にも依存する。水素原子は、マリナー10号とメッセンジャーの両方で得られた値によると温度がおおよそ420Kであるとされる。ナトリウムの温度は非常に高く、赤道で750-1500K程度、極地域では1500-3500Kになっている。いくらかの観測では水星は12,000-20,000Kのカルシウム原子の熱いコロナに包まれているとされる。

タイトル: 水素
水素は、ガス惑星の内部など非常に高い圧力下では性質が変わり、液状の金属になると考えられているが、1996年にローレンス・リバモア国立研究所のグループが、140 GPa(1 GPa = 約1万気圧)、数千°Cという状態で、100万分の1秒以下という短寿命ではあるが、液体の金属水素を観測したと報告している。木星型惑星(木星・土星)の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。木星型惑星を構成するもっとも主要な元素のひとつである水素は、この状況下では金属化している可能性があり、惑星の磁場との関わりも指摘されている。しかしながら、2017年現在、数百GPaのオーダーで圧力を加える実験が行われているものの、固体の金属水素が得られたという十分な証拠が示されたことはない。金属化そのものが達成されていないためにその真偽はいまだ不明であるが、Ashcroft (1968, p.

タイトル: エアロゾル層
成層圏は、対流運動が起きにくく、対流圏に比べ安定している。よって、通常は快晴であることが多いが、このエアロゾル層に関しては、粉塵が漂っている。この粉塵は、主に火山の噴煙によるもので、大規模な噴火が起きた直後に増えることが多い。主成分は硫酸である。この層は、太陽光を吸収・散乱するなど、地球の気候に大きな影響を及ぼしている。そのため、観測・研究が進められている。

タイトル: 重水素
1931年にアメリカの化学者ハロルド・ユーリーが発見した(ユーリーはこの功績で1934年のノーベル化学賞を受賞した)。軽水素 (H) の原子核が陽子1つであるのに対して、重水素の原子核は陽子1つと中性子1つから構成される。なお、この重水素の原子核は、重陽子 (英: deuteron) とも呼ばれる。地球上の水素全体の中での存在割合は、軽水素が99.985 %、二重水素が0.015 %である。三重水素の割合はごく僅かである。なお、H と H(三重水素)の両方を併せて、重水素 (heavy hydrogen) と呼ぶこともあるので、H(三重水素)と区別するために、H を二重水素と呼ぶこともある。三重水素は、存在比がごく僅かであり、時間が経つと He(ヘリウム3)に変わる放射性同位体であり、この H を含めずに安定同位体である H のみを指して「重水素」(deuterium) と呼ぶ場合が多い。

タイトル: 六酸化ウラン
六酸化ウラン(Uranium hexoxide)は、ウラン原子が6つの酸素原子と結合した仮説上の化合物である。既知の最も高い酸化状態は、陽イオンIrO4中のイリジウム原子の+9であるが、この例は、+12と前例のないものである。

タイトル: コペルニシウム
コペルニシウムまたはその化合物で実測されている性質は非常に少ない。これは、生産が非常に限られておりまた高価であることや、非常に早く崩壊するためである。沸点等、いくつかの化学的性質は実測されているが、金属コペルニシウムの性質の多くは不明であり、予測値のみが利用可能である。コペルニシウムは、10番目で最後の6d元素であり、最も重い第12族元素である。周期表上では、亜鉛、カドミウム、水銀の下に位置するが、より軽い他の第12族元素とは性質がかなり異なることが予測されている。第12族元素と第7周期元素の最外殻のs小軌道は、コペルニシウムにおいて、相対論的に最も強く収縮すると予測される。このこととコペルニシウムが閉殻であることにより、コペルニシウムは、貴金属としての性質が強くなる。Cn/Cnに対しては、標準還元電位として+2.1 Vが予測される。

タイトル: 酸素の同位体
酸素の放射性同位体は14核種確認されている。その中でも最も安定した核種はOで半減期は122.24秒である。次に安定な核種はOで、半減期は70.606秒である。その他の放射性同位体核種の半減期は27秒未満であり、大部分の半減期は83ms(ミリ秒)未満である。最も一般的な崩壊は電子捕獲とベータ崩壊であり、崩壊生成物は電子捕獲すれば窒素の同位体核種、ベータ崩壊すればフッ素の同位体核種になる。

タイトル: モル質量定数
この節では、原子量・分子量・式量の諸概念が相対モル質量として一つにまとめられることを述べた後、「原子量・分子量・式量にg/mol単位をつけると、その物質のモル質量になること」を物理量の値は数値と単位の積で表されるという観点から述べる。モル質量 M を モル質量定数 Mu で割ったものを相対モル質量 Mr と呼ぶ。相対モル質量 Mr は単位を付けない(単位が1の)無次元量である。要素粒子が原子のとき、相対モル質量は原子量と呼ばれ、記号 Ar が用いられる。要素粒子が分子のとき、相対モル質量は分子量と呼ばれる。要素粒子がNaClなどのその他のときは、相対モル質量は式量と呼ばれる。相対モル質量 Mr にモル質量定数 Mu をかけるとモル質量 M に戻るので、原子量・分子量・式量にモル質量定数をかけると、いずれもモル質量になる。

タイトル: プレソーラー粒子
プレソーラー粒子の研究は、元素合成と恒星の進化についての情報を提供する。「r過程」(急速中性子捕獲)およびアルファ反応(アルファ捕獲)タイプの元素合成の同位体特性を持つ粒子は、 超新星爆発モデルの検証に有用である。たとえば、一部のプレソーラー粒子(超新星由来)には、カルシウム44が含まれているが、これは通常はカルシウムの存在量の2%程度しか含まれていない安定同位体である。 いくつかのプレソーラー粒子中のカルシウムは主にカルシウム44で構成されており、これはおそらく、超新星爆発前にケイ素28によって4個のα粒子が急速に捕獲された後にSN 1987AのようなII型超新星爆発で大量に生成された消滅放射性核種チタン44の残骸であろう。ただし、チタン44の半減期は59年しかないため、すぐに完全にカルシウム-44に変換されてしまう。

タイトル: 土星
アンモニア・アセチレン・エタン・プロパン・リン化水素・メタンも土星大気中から検出された。上空に見られる雲はアンモニアの結晶であるが、下に行くと硫化水素アンモニウム(NH4SH)や水へと変わる。太陽からの紫外線は上層大気層でメタンの光分解を起こし、化学反応でつくられた各種の炭化水素が渦巻きや拡散を通じて惑星内部へ運ばれる。この光分解のサイクルは土星の季節変化の影響を受ける。2005年初頭以後、土星の稲妻の観測が続いている。そのエネルギーは地球の雷の1,000倍に匹敵する。土星の大気は木星と同様に帯状の模様を見せるが、赤道近くで淡い幅広になる特徴を持つ。この帯は木星と同じ学術用語で呼ばれる。土星の細かな雲の模様は、1980年代の探査機ボイジャーが到達するまで観測された事は無かったが、その後は地球から望遠鏡を用いた観測が詳細を明らかにした。雲は表面から中に入るほど圧力が増す。

タイトル: 水銀
水銀(すいぎん、英: mercury、羅: hydrargyrum)は、原子番号80の元素。元素記号は Hg。汞(みずがね)とも書く。第12族元素に属す。常温、常圧で凝固しない唯一の金属元素で、銀のような白い光沢を放つことからこの名がついている。硫化物である辰砂 (HgS) 及び単体である自然水銀 (Hg) として主に産出する。水銀には、三方晶系のα-Hgと、正方晶系のβ-Hgの2種の同素体がある。

タイトル: グリーゼ436b
惑星の半径を説明するためには、質量の10%に当たる水素とヘリウムからなる大気の層が必要である。この考えで、氷の核を仮定する必要はなくなり、惑星はスーパーアースであると考えられる。スピッツァー宇宙望遠鏡を用いた惑星の輝度温度の測定からは、この惑星の大気は熱力学的に非平衡な状態である可能性が指摘されている。この観測では、惑星の昼側の大気は一酸化炭素が多く、逆にメタンは少ないことが示唆された。惑星の温度を考慮すると、大気中の炭素は一酸化炭素よりもメタンの状態にいる方が多いと考えられていたため、この結果は予期せぬものであった。2015年6月には、グリーゼ436bの大気が蒸発していることが報告された。蒸発している大気は惑星の周りに巨大なガスの雲を形成し、主星からの輻射によって14×10kmの長い尾を引いている。

タイトル: 酸素
地球上でのおもな同素体は酸素分子O2であり、その結合長は121 pm、結合エネルギーは498 kJ/molである。酸素分子は生物の複雑な細胞呼吸に使われている。三酸素(O3)はオゾンとしてよく知られる非常に反応性の大きい単体の気体で、吸入すると肺組織を破壊する。オゾンは高層大気において、酸素分子が紫外線によって分裂した酸素原子と別の酸素分子が結合することによって生成している。オゾンは紫外領域を強く吸収するため、高層大気にあるオゾン層は地球を放射線から保護するシールドとして機能している。地表近くでもオゾンは生成しているが、これは自動車の排気ガスなどとして生成されている大気汚染物質である。準安定状態分子である四酸素(O4)が2001年に発見されたが、これは固体酸素の6種の相のうちの1種として存在が仮定されていた。

タイトル: しし座CW星
1999年からのスペックル観測によって、このエンベロープには部分的な円弧や未完成のシェルを含む複雑な構造があることがわかった。これらの塊状の構造は、太陽の活動周期のような周期的な磁場の変動と、その結果としての周期的な質量放出の増加によって生じた可能性がある。2001年にこの星の周囲に巨大な水蒸気の雲があることが発見され、ハーシェル宇宙望遠鏡による観測でこの星の周りの水の温度が-200°Cから800°Cと幅広いことが明らかになった。しし座CW星からのアウトフローには、窒素、酸素、水、ケイ素、鉄など様々な元素と約50種の分子が検出されている。GALEXによる紫外線観測から、この恒星の周囲には大きく広がったバウショックが見つかり、約91km/sの速さで星間物質中を移動する際に、恒星風と星間物質が相互作用を起こしていると考えられる。

タイトル: 天然ガス
85と比べても液体メタンはかなり軽いため、運搬時には重量に比べて大きな体積を必要とする。気体のメタンは空気と比べて約55%の比重でありかなり軽いが、気体でも低温の状態では-113°Cで空気と同じ重さとなり、それ以下の温度では空気より重くなる。事故などにより極低温状態のメタンが漏れて-161.5°C以上で気体になると空気の1.4倍程度の重さとなりまず地上に漂うことになる。このガスと周囲の空気との境界で空中の水分を凍らせ白い雲を作る。これが蒸気雲(ベイパークラウド)と呼ばれ、透明なガスが間接的に人の目に触れることになる。この状態においては、爆発的な燃焼や凍傷、窒息の危険がある。しばらくは地上に留まった低温メタンガスも、温度が-131°Cを超えると空気よりも軽くなり、空中へと上昇・拡散していく。5%-15%の燃焼範囲は、他の可燃性ガスと比べれば比較的狭いため、爆発の危険性は低いと言える。

タイトル: 炭素循環
地球上の産業革命以前の炭素の分布概要は、炭素換算で右表のとおりである。大気での二酸化炭素は別データで炭素換算で、7,500億トンである。地殻、マントル最上部を含めたリソスフェア(岩石圏)中では重量比で0.03%の炭素が含まれている(地殻中の元素の存在度も参照のこと)。

タイトル: 炭素14
炭素の内の 0.00000000012 % を占め、原子核は6個の陽子と8個の中性子からなる(なお、炭素の大部分〈98.9 %〉を占める炭素12は6個の陽子と6個の中性子、1.1 % を占める炭素13は6個の陽子と7個の中性子からなる。)。1940年2月27日にマーティン・ケイメン(英語版)とサミュエル・ルーベン(英語版)によって発見された。半減期は5,730年でベータ崩壊をして窒素14 (N) になる。

タイトル: ポロニウム化水素
そのためはっきりした物理的特性は分かっていない。ポロニウムの不安定性と放射性のため実験はほとんど不可能だが、水に溶解するとポロニウム化水素酸となって酸性を示すと考えられている。

タイトル: コペルニシウム
CnCl4陰イオンやCnBr4陰イオンも、水溶液中で存在しうるはずである。熱力学的に安定なCnF2やCnF4の形成は、キセノンの化学的性質に類似している。シアン化水銀(II)(Hg(CN)2)のように、安定なシアン化物であるシアン化コペルニシウム(II)(Cn(CN)2)を形成すると考えられる。コペルニシウムは密な金属で、300K、液体状態での密度は14.0 g/cmである。これは、水銀の密度である13.534 g/cmと近い(同じ温度での固体コペルニシウムは、より高密度の14.7 g/cmと考えられる)。この結果は、水銀と比べたコペルニシウムの原子量の高さが原子間距離の長さを補っているためである。いくつかの計算は、閉殻電子配置のためにコペルニシウムが室温で気体であると予測し、周期表上、最初の気体金属としている。

タイトル: カリウム
カリウムは、草木を焼いた灰として古来から利用されてきたが、これがナトリウム塩とは根本的に異なる物質であるということは理解されていなかった。元素としてのカリウムや、ほかの塩類から分離された独立した要素としてのカリウム塩類は古代ローマ時代には知られておらず、元素のラテン語名は古典ラテン語でなく、むしろ新ラテン語であった。カリウムは、カノのハウサ人による濃青色の織物を生産するために、灰とインディゴ、湯を混ぜ合わせて使われていた秘密の成分であった。1736年、ゲオルク・シュタールはナトリウムとカリウムの塩の重要な差異について彼が提唱するに至った実験的な徴候を得、1736年、アンリ=ルイ・デュアメル・デュ・モンソーによってその違いが証明された。

タイトル: ニフェ
ニフェ(nife)は地球内部構造の最下層を指す地球科学用語。核に相当する。今はほとんど使用されない。地質学者エドアルト・ジュースは地球の内部が三層からなると考え、上からサル(sal、後にウェゲナーがシアル(sial)と改称)、シマ(sima)、ニフェ(nife)と名づけた。それぞれその層に特徴的な元素であるケイ素(Si)とアルミニウム(Al)、ケイ素とマグネシウム(Mg)、鉄(Fe)とニッケル(Ni)の元素記号を組み合わせた造語(ただし前述のとおりマグネシウムの元素記号はMg)である。

タイトル: ビッグバン元素合成
宇宙は膨張するにつれて冷えてくる。自由な中性子と陽子はヘリウム原子核よりも不安定なため、中性子と陽子からヘリウム4を作る方向に進む。しかし、ヘリウム4の形成には重水素の中間状態を経由する必要がある。原子核合成が起こり始めた時には、温度が十分高く、粒子当たりの平均エネルギーが重水素の結合エネルギーよりも高かったため、できた重水素はすぐに崩壊してしまった。そのため、ヘリウム4の形成は重水素が安定に存在できる温度(T=約0.1MeV)に下がるまで待たなければならなかった。この温度になると突然、元素の生成が爆発的に始まった。その後すぐ、ビッグバンが起こって20分後に宇宙の温度は核融合が起こる程度にまで低下した。この時点で元素の存在比は固定し、三重水素等の放射性同位体が崩壊するだけになった。

タイトル: タイタン (衛星)
2013年6月6日、アンダルシア天体物理学研究所(英語版)とスペイン国立研究評議会(英語版)の科学者は、タイタンの大気上層部から多環芳香族炭化水素を検出したと発表した。2013年9月30日、NASAの探査機カッシーニの赤外分光光度計(CIRS)を用いた観測によって、タイタンの大気中からプロペンが検出された。地球以外の惑星や衛星でプロペンが検出されたのは初めてで、またCIRSによって発見された初めての化学物質である。このプロペンの検出は、1980年にNASAのボイジャー1号で初めてフライバイ(接近通過)が行われた際の観測にまで遡る、観測における不可解なギャップを埋めるものであった。フライバイ中の観測では、タイタンの褐色のヘイズを形成するガスの多くは、理論的には太陽の紫外線によるメタンの光分解によって生成されたラジカルの再結合を介して生み出される炭化水素であることが発見されていた。

タイトル: 炭素の同位体
炭素11は、炭素の放射性同位体である。約99%は陽電子放出してホウ素11に、0.19-0.23%は電子捕獲してやはりホウ素11に崩壊する。半減期は20.38分である。炭素11は、ポジトロン断層法で分子の放射性ラベリングによく用いられる。