質問: 水の電気分解の実験で、陽極に発生する気体は何でしょう?
回答: 酸素

タイトル: 水素
水素は宇宙でもっとも豊富に存在する元素であり、(ダークマターとダークエネルギーを除いた)宇宙の質量の4分の3を占め、総量数比では全原子の90 %以上となる。これらのほとんどは星間ガスや銀河間ガス、恒星あるいは木星型惑星の構成物として存在している。水素原子は宇宙が誕生してから約38万年後に初めて生成したとされている。それまでは陽子と電子がバラバラのプラズマ状態で光は宇宙空間を直進できなかったが、電子と陽子が結合することにより宇宙空間に散乱されずに進めるようになった。これを「宇宙の晴れ上がり」という。宇宙における主系列星のエネルギー放射のほとんどはプラズマとなった4個の水素原子核がヘリウムへ核融合する反応によるもので、比較的軽い星では陽子-陽子連鎖反応、重い星ではCNOサイクルという過程を経てエネルギーを発生させている。水素原子はいずれの核融合反応においてもこれを起こす担い手である。

タイトル: 電解法
塩化ナトリウム水溶液を電気分解する塩化ナトリウム電解工程 (chloralkali process) は、工業生産にも用いられる。塩化ナトリウム水溶液を電気分解することにより、水酸化ナトリウム、塩素ガス、水素ガスを得ることになる。塩化ナトリウム水溶液を電気分解すると陽極と陰極でそれぞれ次の反応が起こる。塩化ナトリウム水溶液を隔膜が無いまま電気分解すると、発生した塩素と水酸化物イオンが反応を起こす。ゆえに塩化ナトリウム水溶液をそのまま電気分解すると高純度の水酸化ナトリウムは得られない。そのため隔膜を使って陽極室と陰極室に分けたり、電極に水銀を用いてナトリウムアマルガムを作ったりする方法がある。水銀法は隔膜を使わずに陰極に水銀を使う方法である。水銀は水素過電圧が大きいことから水素が発生せずナトリウムイオンが還元されナトリウムアマルガムができる。

タイトル: 減極剤
電池あるいは電解槽内において「分極」が起きるのが不都合なのは、反対方向の起電力を生じるからである。減極剤は、発生した水素等を酸化(あるいは発生した酸素等を還元)して解消し、電池では正方向の起電力を保ち、電解槽内における電気分解ではエネルギー効率の低下を防ぐ。

タイトル: 大気イオン
大気イオン(たいきイオン、atmospheric ion)とは、気象学の大気電気学分野における、大気中に存在する気相のイオンの呼称である。大気が絶縁体ではなく微弱な電気伝導率を持つのは、大気イオンが大気中で電気を運ぶからである。電界 E の中を移動する大気イオンの速度 vは、次式で示される。ここで、比例定数 k [cm V s] は電気的移動度と呼ばれる。また、単位体積中の大気イオンの個数 [cm] を、大気イオンの濃度あるいは密度と呼ぶ。

タイトル: 大気化学
大気化学(たいきかがく、英語:atmospheric chemistry)とは、大気中の化学物質の挙動や気象現象との関連を扱う学問分野である。関係の深い分野には物理学、気象学、コンピューターモデリング、海洋学、地質学、火山学などがある。大気の組成は生物活動との関係によって変化する。またオゾン層破壊、地球温暖化、酸性雨、気候変動なども大気化学に関連する重要な社会問題となっている。日本では気象学の一分野として扱われることが多い。気象化学とも呼ばれるが、大気化学の呼称が一般的である。また惑星大気を対象に入れることがあり、惑星科学の一分野としても扱われる。1995年に、ドイツのクルッツェン、アメリカのモリーナ、ローランドの3名は、大気化学の分野におけるオゾンの生成と分解に関する研究により、ノーベル化学賞を受賞した。

タイトル: 水素イオン
水素が電子を失うと、以下の陽イオンが形成されうる。さらに、上記の陽イオンと水の反応によって形成されるイオンや水和物も水素イオンと呼ばれる。ズンデルカチオンとアイゲンカチオンは、グロッタス機構に従うプロトンの拡散において重要な役割を果たしている。「水素イオン」というと普通は「ヒドロン」を指す。

タイトル: 加水分解
加水分解(かすいぶんかい、英: Hydrolysis)とは、反応物に水が反応し、分解生成物が得られる反応のことである。水解とも呼ばれる。このとき水分子 (H2O) は、生成物の上で H(プロトン成分)と OH(水酸化物成分)とに分割して取り込まれる。反応形式に従った分類により、加水分解にはいろいろな種類の反応が含まれる。化合物ABが極性を持ち、Aが陽性、Bが陰性であるとき、ABが水と反応するとAはOHと結合し、BはHと結合する形式の反応が一般的である。加水分解の逆反応は脱水縮合である。

タイトル: 光合成
しかし、酸素の燃焼と呼吸での役割を解明したのはアントワーヌ・ラヴォアジエである。さらに、ラヴォアジエは酸素(oxygen)と二酸化炭素(carbon dioxide)の名付け親でもある。1779年、ジョセフ・プリーストリーの発見に影響を受けたオランダの医師ヤン・インゲンホウスは、水草による実験を行った。当時、水草から発生する気体は「ふつうの空気」であると考えられていた。しかし、彼はこの気体を集めて、そこに予め着火した可燃物を入れてみたところ、炎の勢いが増す事を発見した。次に、日光の当たる場所と暗闇に置いた場合の水草を比べてみたところ、前者からは気体が発生したのに対し、後者からは気体が発生しなかった。このような実験の結果から、彼は「植物の空気浄化能は葉の緑色部分であり、光の影響を受ける」ことを発見した。

タイトル: 電気化学センサ
電解質にアルカリ水溶液を使用している場合、空気中の二酸化炭素と反応して徐々に劣化する。固体電解質や高分子固体電解質を使用している場合にはこのような問題は起こらない。酸化性や還元性のない電極表面でイオン化できない電気的に中性の物質は検出できない。検出できるのはあくまでも電極間に生じた電位差なので物質の分子構造や分子の識別は電気化学センサ単体ではできない。

タイトル: 電荷担体
電荷担体または電荷キャリア(charge carrier)とは、物理学において電荷を運ぶ自由な粒子を指し、特に電気伝導体における電流を担う粒子を指す。例えば、電子やイオンがある。金属では、伝導電子が電荷担体となる。各原子の外側の1個または2個の価電子は金属の結晶構造の中を自由に移動できる。この自由電子の雲をフェルミ気体という。塩水のような電解液では、陽イオンと陰イオンが電荷担体となる。同様にイオン性固体が融解した液体においても、陽イオンと陰イオンが電荷担体となる(例えば、ホール・エルー法を参照)。電弧のようなプラズマでは、電子とイオン化した気体の陽イオン、さらには電極が蒸発した素材などが電荷担体となる。電極の気化は真空でも起こるが、電弧は真空中では存在しえない。その場合は気化した電極が低圧の気体となって電弧を生じるための電荷担体となっている。

タイトル: ガスセンサ
空気中のガスの分子の濃度測定を簡便に行える手法として気体分子が参照電極との間で電圧を生じるのでそれを利用して検出する。電気化学センサや赤外線式等、複数の形式がある。電気化学的な検出法の一例として一酸化炭素などの還元性の検知対象ガスが存在すると検知極では触媒上で空気中の水蒸気と以下の反応式で示される反応が発生する。検知極と対極を電気的に接続(短絡)すると検知極で発生したプロトン(H+)はイオン伝導体を介して、同時に発生した電子(e-)は外部の電線(リード)を介して、それぞれ対極に到達して対極上で空気中の酸素との間で以下の反応式で示される反応が発生する。つまりこのセンサはガスを活物質とする電池と見なすことができる。ガスセンサとして使う場合は、検知極と対極を電気的に接続してその短絡電流を測定する。

タイトル: 水の性質
水(みず、英: water、化学式: H2O)は室温で無味無臭の極性のある液体である。水素と酸素とによって構成されるカルコゲン化水素の一つ、オキシダン。本項目では、水の物理的および化学的性質について扱う。

タイトル: エレクトロスプレーイオン化
この段階で、液滴は変形し、クーロン分裂 (Coulomb fission) として知られる過程により荷電ジェットを放出する。分裂の間、液滴は質量のごく一部(1.0-2.3%)と電荷の比較的大部分(10-18%)を失う。気相イオンの最終生成を説明する2つの主要な理論が存在する。科学的に確かな証拠はないが、多くの間接的な証拠は、小さなイオンはイオン蒸発機構によって気相に遊離するが、より大きなイオンは帯電残滓機構によって形成されることを示唆している。質量分析によって観測されるイオンは擬分子イオンであり、プロトン(水素イオン)の付加によって生じた[M + H]、ナトリウムイオンといったカチオンの付加による [M + Na]あるいはプロトンの除去による [M − H]などである。[M + nH]といった多価イオンがしばしば観測される。

タイトル: 反陽子
反陽子は反物質であり、自然には地球上に存在しない。高エネルギーの宇宙線が飛び交う宇宙空間や、加速器を用いた実験施設等で生成される。加速器で生成した反陽子を用いた実験には以下のものがある。また、宇宙空間で生成された宇宙線反陽子の観測実験も行われている。

タイトル: 水素陰イオン
水素陰イオンは、太陽やそれより冷たい恒星の大気の可視光や近赤外波長での不透明度の原因の大部分を占めており、その重要性は、1930年代に初めて指摘された。イオンは、赤外から可視光のスペクトルに相当する0.75-4.0 eVの領域の光子を吸収する。これらの陰イオンの電子の大部分は、アルカリ金属やアルカリ土類金属を含む第一イオン化ポテンシャルが低い金属のイオン化に由来する。イオンから電子が放出される過程は、結果的にイオンではなく、中性原子と自由電子が残るため、光イオン化というよりは、正確には光脱離反応と呼ぶべきものである。地球の電離層や粒子加速器においても生成する。その存在は、1929年にハンス・ベーテにより、初めて理論的に証明された(Bethe 1929)。珍しく束縛された励起状態を持たないことから、最終的に実在が証明されたのは、1977年になってからだった(Hill 1977)。

タイトル: 霧箱
X線が周囲の空気をイオン化することはすでにヴィルヘルム・レントゲンが発見し、J.J.トムソン、アーネスト・ラザフォードによって研究が進められていた。そのため、ウィルソンは、ほこりがない水蒸気中ではイオン化した空気が水分を引きつけると考えた。ウィルソンのこの考えは、1898年、J.J.トムソンによって証明された。トムソンは霧箱に極板を設置し、そこに電圧を加えた状態でX線を当て、箱を膨張させた。すると、極板のない箇所では霧が発生したのに対し、極板のある箇所、つまり電場のある箇所では霧が発生しなかった。これにより、霧の核となる物質は電場中で移動する、つまり電荷を帯びていることが分かるため、この正体はイオンであることが確かめられたのである。トムソンはこの結論を利用して、霧の水滴の数からイオンの電荷を求めようとした。この研究は最終的にロバート・ミリカンによる電気素量の測定につながった。

タイトル: 酸水素ガス
日本においても日本テクノ株式会社社長の大政龍晋が、水を低周波で撹拌しながら電気分解して得られた混合気体を酸水素ガスあるいは「OHMASA-GAS」と名づけ、爆鳴気よりも安定で安全なエネルギー効率が高い燃料であるとして発明を主張している。通常の電気分解で得られるガスと違い、水クラスターが多く含まれているため爆発しないことが、首都大学東京大学院理工学研究科により判明。また、電気分解に要する電気エネルギーよりも、ガスの燃焼によって得られるエネルギーのほうが大きいと説明している報道がいくつか存在するが、燃焼させた場合に取り出せるエネルギーは電気分解に必要としたエネルギーの約50%に留まることが環境省 地球温暖化対策技術開発事業の検証実験で確認されている。また、エネルギー密度も都市ガスの1/5程度でされ優位性がないとされる。

タイトル: 電解質代謝
電解質は水などの溶媒に溶解してイオンを形成し、溶液に伝導性をもたせる物質である。通常の溶媒は水であり、生体内でも水が溶媒となる。電解質溶液、融解電解質などのイオン導電体が1対の電極により化学変化を起こすのが電解で、電解反応は、陽極では金属溶解、酸素発生などの酸化反応を示し、陰極では金属析出、水素発生などの還元反応を示す。電解において流れる電気量と反応する物質量は比例し、ファラデーの電気分解の法則が示す通り1g当量(1化学当量に相当する質量)の物質を反応させるために要する電気量はいかなる種類の物質でも一定である。塩化ナトリウム(NaCl)を摂取した場合、生体内ではナトリウムイオン(Na)と塩化物イオン(Cl)とに解離して存在するが、これらのイオン自体を電解質ということが多い。生体内の電解質にはナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、塩素、リン酸、炭酸などがある。

タイトル: 大気圏
気体はどんな温度であるにせよ、様々な速度で動き回る分子を持っているので、常に少量は宇宙空間に放出されている。同じ熱運動エネルギーを持っている場合、軽い分子は重い分子よりも速く移動するので、低分子の気体は高分子のそれより早い段階で失われる。金星と火星はその大部分の水を太陽の紫外線により水素と酸素に光解離され、そのうち水素が宇宙に放出された段階で失ったと考えられている。この点、地球の持つ磁場は、太陽風の水素の放出を補助する働きを妨げる。大気の減少をもたらし得る要因には、表土や極冠への太陽風によって誘発されたスパッタリング現象、浸食、風化などがある。地球の大気の構成は、主にそれらの現象の副産物によって維持されているのである。

タイトル: ユーリー-ミラーの実験
実験装置は全体が気密状態となっている。まず実験素材と水を加えたフラスコがあり、これを常時加熱沸騰させる。これによって生じた蒸気は別の容器に導かれ、その内部では放電が行われている。そこから導かれた蒸気は冷却され、再び加熱中のフラスコに戻される。使われた成分は水、メタン、アンモニア、水素である。これら4種類の気体は、実験が行われた当時の地球物理学者によって、原始地球の大気中に存在していたと考えられていた気体である。また、放電は落雷を模している。つまり、フラスコ内の溶液は原始の海にたまった海水を模し、そこで海底の熱によって蒸発したものが大気中で雷を浴び、再び冷却されて雨となって海に戻る、という過程を再現したものである。この実験を1週間にわたって維持したところ、その溶液は次第に着色し、最終的には赤っぽくなった。そしてその中からアミノ酸の無生物的合成を確認した。

タイトル: 堂免一成
可視光によって水を水素と酸素へ分解する光触媒の研究が有名。また近年では、白金を使わない燃料電池電極の開発にも取り組んでいる。

タイトル: 酸化還元電位
すなわち、標準水素電極(SHE; standard hydrogen electrodeもしくはNHE; normal hydrogen electrode)を陰極反応、電極電位を求めたい酸化還元反応を陽極反応にそれぞれ使い、電池を組み立てたときの電池の起電力が、求めたい電極電位となる。このとき、電極電位を求めたい酸化還元反応に関与する物質の活量(あるいは分圧)がすべて1の場合の電極電位を特に、標準酸化還元電位(ひょうじゅん-)あるいは標準電極電位と呼んでいる。

タイトル: 気体
気体(きたい、英: gas)とは、物質の状態のひとつであり、一定の形と体積を持たず、自由に流動し圧力の増減で体積が容易に変化する状態のこと。 「ガス体」とも言う。

タイトル: 炭酸水素ナトリウム
中学理科の「化合物の分解」でよく用いられ、生成する二酸化炭素を石灰水の白濁から、水を塩化コバルト紙の赤変から確認する。この実験を行う際には、発生した水が加熱部に流れて試験管が破損することを防ぐため、加熱する試験管の口を加熱部よりやや下向きにしておく必要がある。また、加熱している試験管から気体採取用にガラス管をつないであり、その先端が水中にある場合は、実験終了の際には加熱を止める前にガラス管を水中から出しておく必要がある。これは、加熱を止めて試験管内の空気が冷え、気圧が下がった際にガラス管を通じて水が逆流し、試験管が破損することを防ぐためである。

タイトル: 月の水
月の水には2つの起源が考えられる。水を含む彗星やその他の天体が月に衝突した場合と、その場で作られた場合である。後者は太陽風の陽子が月の鉱物(酸化物やケイ酸塩等)に含まれる酸素と化学的に結合し、少量の水を生成して結晶の格子に捕らわれたり、水の前駆体となる水酸基を形成する場合である。陽子と酸素原子の反応によって生じた水酸基表面(S-OH)は、酸素表面(S=O)とさらに反応して水分子になり、酸素表面に吸着される。化学反応の質量バランスは、酸素表面は以下のような反応をすることを示唆している。ここでSは酸素表面を表す。1つの水分子の生成には、2つの隣接した水酸基か1つの酸素原子の2つの陽子との連鎖反応が必要である。このため、単位面積当たりの陽子密度が小さいと水の生産の制限要素となる。太陽放射により、月表面からは自由水や水蒸気は分解され、陽子と酸素原子に分解し、宇宙空間に逃げていく。

タイトル: 計測機器
または、選択したゼロ点でのモルエネルギーかモルエンタルピーのいずれかが表れる。生成熱と標準モルエントロピーも参照。 酸化還元反応による物質電位は二次電池セルを用いて電気化学的に決定される。他の値は、相図の分析や熱力学に間接的に計測できる。

タイトル: 中性電解水
中性電解水(ちゅうせいでんかいすい、英語: Neutral Electrolyzed Water)は、水道水や食塩水を電解槽で電気分解することで生成した液性が中性域の電解水の総称。一室型無隔膜電解槽で作られた次亜塩素酸及び亜塩素酸イオンが主成分の中性電解水や、一室型無隔膜電解槽で酸性物質と食塩水の混合液を電解にて中和した中和型中性電解水、一室型無隔膜電解槽で生成された水酸化ナトリウムを含むアルカリ性電解水を二室型隔膜電解槽の陽極側で中性化した次亜塩素酸が主成分の二段電解型中性電解水などが存在する。