クイズ問題: 上方置換と下方置換のうち、塩化水素のような水に溶けやすく、空気より重い気体を集めるときに使う手法はどっち?
答え: 下方置換

関連するWikipedia記事の抜粋:
title: 包接水和物
text: 水・ガス・低温・高圧の四つの条件がそろうと生成する。メタンや二酸化炭素、塩素などの気体分子を取り込んだものをガスハイドレートと呼び、特にメタンハイドレートはよく知られる。
title: 水素
text: 常温以上では、オルト水素とパラ水素の存在比はおよそ3:1であるが、低温になるほどパラ水素の存在比が増し、絶対零度付近ではほぼ100パーセントパラ水素となる。ただし、このオルト-パラ変換はスピン反転を伴うために、触媒を用いない場合極めて遅く、触媒を用いずに水素を液化すると、液化した後もオルト-パラ変換に伴い両者のエネルギー差に相当する熱が発生するため、液化水素が気化してしまう。これを水素のボイル・オフ問題という。オルト‐パラ変換を起こす触媒は、活性炭や鉄などの金属の一部、常磁性物質またはイオンなどがある。
title: 代わりの生化学
text: アンモニアはおそらく代替物質として提案されたもののうち、最も一般的なものである。多数の化学反応はアンモニア溶液でも可能であり、液体アンモニアはいくつか水と同じような化学性質を持っている。アンモニアは、ほとんどの有機分子を水と同じように溶かすことができ、さらに多くの金属元素も溶かすことができる。これらの化学特性から、アンモニアを基盤とする生命は可能かもしれないという理論が存在している。しかしながら、アンモニアは生命の基礎としていくつかの問題も持っている。アンモニアの気化熱は水の半分で、表面張力は1/3ほどである。これはアンモニア分子間の水素結合が水より遥かに弱いことを意味している。
title: 液体酸素
text: 液体酸素(えきたいさんそ)とは、液化した酸素のこと。酸素の沸点は−183°C、凝固点は−219°Cである。製鉄や医療現場の酸素源やロケットの酸化剤として利用され、LOX (Liquid OXygen)、LO2のように略称される。有機化合物に触れると爆発的に反応することがある。
title: 液体酸素
text: 断熱膨張(ジュール=トムソン効果)により液化した空気から分留される。液体窒素の沸点 (77K) は酸素 (90K) より低いため、液体空気から酸素を容易に濃縮できる。化学実験でしばしば用いられる、デュワー瓶に液体窒素を満たした冷却トラップを大気に開放したまま放置すると、液体酸素がたまる。液体酸素は強い酸化作用を持ち、接触した有機物を速やかに酸化する。このため液体水素、ケロシンなどと組み合わせてロケットエンジンの推進剤として用いられている。またその固体である固体酸素は状況下によって非常に様々な性質に変化する。 また一部の販売されている液体酸素には合成臭気成分であるジメチルスルフィドが添加されている。もし使用者が臭気を感じれば酸素が環境に漏れ出している可能性がある。
title: 水の性質
text: 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。
title: 抽出
text: 主に用いられる溶媒系は水と非極性有機溶媒であり、反応混合物中から塩を取り除くことができる。通常、有機溶媒は水よりも密度が小さく、二層に別れたとき上層に来るのが有機層であり、下層に来るのが水層である。ただし、ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロゲン系溶媒は水よりも比重が大きいので下層となる。
title: 溶媒
text: 多くの有機溶媒は水よりも密度が小さく、水の上に浮かぶものが多い。例外的に塩化メチレンやクロロホルムなどハロゲン系溶媒の一部や酢酸などは水よりも比重が大きい。
title: カルボン酸
text: カルボン酸は同炭素数のアルコールやアルデヒドより沸点は高い傾向にある。これは、カルボン酸が二量体を形成することにより見かけの分子量が大きくなっているからである。沸騰させるためには二量体の水素結合を引き離さなければならないため、蒸発に必要なエンタルピーは大きくなる。
title: エノラート
text: 一方、比較的高温(通常 0 °C以上)でアンモニアなどの弱い塩基によりエノラートを調製した場合にはカルボニル化合物とエノラートの間に平衡が成立するために、熱力学的に安定な置換基の数が多い方の炭素から水素が引き抜かれたエノラートが有利に生成する。これを「熱力学支配のエノラート」という。
title: ゴールドタワー
text: 高温のガスを噴射するミイデラゴミムシの能力は、カタラーゼの高い代謝回転数に依存している。カタラーゼの含有量が多ければ多いほど、過酸化水素水(オキシドール)を混ぜた時に、より速く、多くの酸素を発生できると言われている。
title: アンモニアボラン
text: エタンが常温で気体であるのに対し、アンモニアボランは固体であるため性質の類似性は希薄である。アンモニアボランの高融点はその高極性と一致している。ホウ素に結合する水素は塩基性であり、窒素に結合する水素はやや酸性である。
title: ルーク・スティール
text: しかし、水や低分子量のアルコール、カルボン酸などのように強く水素結合している液体ではそれによって秩序だった構造が存在するため液体のエントロピーが低く、そのような秩序がない気相への相転移には余分にエントロピーの増加が必要となる。またメタンのように慣性モーメントの小さい分子では回転運動のエネルギー準位の間隔が広いために気体のエントロピーが低く、気相への相転移のエントロピーの増加は普通の液体に比べて少なくてよい。このような種類の液体はトルートンの規則が成立しない例外となる。
title: アルカン
text: アルカンは電気を通さず、電場によっても分極しない。このため水素結合は作らず、水などの極性の高い溶媒には溶けない。水分子同士の水素結合はアルカンとの相互作用を介さないため、それらを混ぜ合わせると水分子間の水素結合が乱され、エントロピー的に不利になる。水分子とアルカンの間には強い結合は形成されないため、熱力学第二法則に従い、このエントロピー増加はアルカンと水の接触を最小にすることによって回避される。アルカンは水をはじくため疎水性であるといわれる。
title: アンモニア
text: 水素をそのままの状態で保存するよりアンモニアのほうが沸点、蒸気圧を下げ簡単に液化できるため水素貯蔵の一つとして研究されている。
title: 型の説
text: フランクランドより2年遅れて、ケクレは硫化水素の型を発見した際に、水の型に分類される酢酸を五塩化リンで処理すると型が変わり、塩化水素の型の塩化アセチルと塩化水素が、一方五硫化リンで処理すると水の型(硫化水素の型)を保ったチオ酢酸が得られることを見出した。ケクレはこの違いを酸素と塩素では親和力(原子価)が異なり、酸素と硫黄では親和力が等しいためと考えた。このようにして型と原子価が結び付けられた。
title: 酸素
text: 液体酸素は液体空気を分留して得られ、強い酸化剤である。液体空気を放置すると、沸点の低い窒素が先に蒸発するため、酸素分子が濃縮される。1リットルの液化酸素が気化すると約800リットルの酸素ガスになる。
title: アンモニア
text: アンモニアの水に対する溶解度は気体としては非常に大きく濃厚水溶液が存在し、また密度は濃度と伴に減少し、市販の濃アンモニア水は25 - 28%程度のものが多く、26%(d=0.904 g cm)のものはモル濃度は13.8 mol dmである。アンモニアは水に対しかなり発熱的(すべての気体の溶解熱は発熱的であるが)に溶解し、また溶解に関するギブス自由エネルギー変化も負の値を取るため、水に非常に溶けやすいことになる。これは極性のアンモニア分子が、より極性の強い水分子と水素結合を形成するためである。
title: クロロホルム
text: 常温では無色で、甘い味を有し、強く甘い芳香をもつ液体である。多くの有機化合物をよく溶解する。光や酸素の存在下で比較的容易に分解され、有害ガスであるホスゲンを発生する。また高温下でも分解が進行する。このため一般的な市販品には安定剤としてアルコール(主にメタノール、エタノール)やアミレンが添加されている。
title: アルケン
text: 古くから、ある種の気体は塩素を作用させると油状の物質が得られることから、ラテン語の「油(羅: oleum)」に因み、このような気体を「生油気、オレフィン・ガス(英: olefiant gas)」と呼んでいた。この気体はエチレンであることが判り、炭素の二重結合を持つ炭化水素をオレフィン系炭化水素、単にオレフィン、またはエチレン系炭化水素と総称していた。
title: 第17族元素
text: それに対して、液化フッ化水素は水に相当する誘電率と相対的に高い沸点を持ち、水素結合を形成する極性物質である点で特徴的である。また、希薄溶液であってもフッ化水素は水中で完全電離しない。これはイオン半径の小さなものほど水素イオンとの間の静電気力が強くなり、結合が強くなるためである。
title: ナトリウムアミド
text: ナトリウムアミドは金属ナトリウムと気体アンモニアから得られる。しかし、通常は硝酸鉄(III)を触媒として液体アンモニアから合成する。このとき、液体アンモニアの沸点 (約 -33 °C) で反応が最も速く進行する
title: ピラニア溶液
text: この要因となるより興味深いもう一つの過程は、そのままでは比較的穏やかな酸化剤である過酸化水素を硫酸が強化して、常温では水相反応しづらいことで有名な元素状炭素さえ溶解させることのできる強力な酸化剤にすると考えることができる。この転換は、エネルギー的に好ましい過酸化水素の脱水によりヒドロニウムイオンと硫酸水素イオン、および過渡的に酸素原子を生じる反応と見ることができる。
title: アンモニウム
text: アンモニウムは、弱塩基であるアンモニアがブレンステッド酸(プロトンドナー)と反応して形成される。
title: 自己解離
text: 水に代表されるプロトン授受が可能な溶媒を「両性溶媒」と呼び、他にアルコール類や過酸化水素、酢酸などが挙げられる。プロトン供与性は強いが受容性の弱い溶媒を「酸性溶媒」あるいは「プロトン供与性溶媒」と呼び、酢酸や硫酸などがある。一方、プロトン受容性は強いが供与性が弱い、あるいはほとんどない溶媒を「プロトン受容性溶媒」あるいは「塩基性溶媒」と呼び、液体アンモニアやピリジンなどが挙げられる。プロトン供与性溶媒やプロトン受容性溶媒も一部は純溶媒中でもプロトン授受を行っている。一方、プロトン解離がほとんど起こらない溶媒は一般に「非プロトン性溶媒」として区別される。
title: 塩素化
text: アルコールは塩化チオニルとの反応により対応する塩化アルキルを与える。副生成物である二酸化硫黄と塩化水素はいずれも室温で気体であることから、容易に系から除くことができる。この方法は比較的温和な条件で進行するため実験室では常用されるが、原子効率(アトムエコノミー)が低いため工業的には他の方法が用いられることが多い。
title: マックストア
text: 熱水中の水素と二酸化炭素からメタンを合成する独立栄養生物であり、それ以外の基質、蟻酸やメタノールなどは利用しない。
title: 二酸化炭素
text: 水素とも高温で以下のような平衡を生ずるが、触媒の存在など条件次第では、メタンおよびメタノールを生成することもある(水性ガスシフト反応)。
title: 二酸化炭素
text: 地球上で最も代表的な炭素の酸化物であり、炭素単体や有機化合物の燃焼によって容易に生じる。気体は炭酸ガス、固体はドライアイス、液体は液体二酸化炭素、水溶液は炭酸・炭酸水と呼ばれる。
title: 銀鏡反応
text: 銀(I)アンモニア錯イオンにアルデヒドを加えて加温すると、銀イオンが還元されて銀が析出する。ガラス容器でこの反応を起こすと文字通り銀の鏡ができる。還元剤としてグルコースを使うと成功しやすい。これはグルコースが水溶液中では平衡状態を保ち徐々に反応が進んでいくためである。脂肪族アルデヒドを使うと反応速度が速いので、失敗の可能性が高くなる。
title: 溶媒
text: 最も一般的に使用される水のほか、アルコールやアセトン、ヘキサンのような有機物も多く用いられ、これらは特に有機溶媒(有機溶剤)と呼ばれる。
title: 過酸化水素
text: 35%水溶液は、常温では無色の、水よりわずかに粘度の高い弱酸性の液体。エタノール、エーテル、水に可溶。わずかにオゾンに似た臭いがする。
title: 重水素
text: その他にも、重水の方が軽水よりも1°C沸点が高い事を利用した分別蒸留法(fractional distillation)や重水素をHDの形で含んだ水素ガスを水にとおすと重水素が水の分子に置換する(ただし触媒が必要である)ことを利用した交換反応法(catalytic exchange)などがある。
title: オゾン酸化
text: 反応は基質をジクロロメタン、メタノール、酢酸などの有機溶媒に溶解して −78 °C に冷却し、酸素ガス中の無声放電で発生させたオゾンガスを溶液がオゾンガスで飽和するまで吹き込むことで行う。飽和すると溶液がオゾンによって青く着色する。この段階では後述する反応機構の通りオゾニドが生成しているので、これを後処理で分解して目的物を得る。
title: 溶液
text: このように、正または負のイオンに対する溶媒和効果はイオンの電荷密度に左右される為、必ずしも等価ではない。例えば相間移動触媒のクラウンエーテルは金属カチオンを抱合することで溶媒和と同様な作用を現す。すなわち、二クロム酸カリウムはカリウムイオンがクラウンエーテルに抱合されてベンゼンに溶解すると二クロム酸アニオンもベンゼンに溶け込むようになる。これは二クロム酸アニオンは電荷のわりには分子のサイズが大きい為にベンゼンの弱い分極でも十分に電荷が遮蔽され安定化する為である。
title: 溶媒抽出法
text: 水やエタノールのように水酸基があれば極性の化合物を溶かし、ヘキサンのような炭化水素の溶媒は炭化水素や非極性の化合物を溶かす。
title: 酸と塩基
text: また、ブレンステッド・ローリーの定義は、アレニウスの定義と違い、アンモニアが水に対して塩基になる事を説明できる。実際、アンモニアが水分子と反応して加水分解する過程
title: ブレンステッド-ローリーの酸塩基理論
text: 酸塩基化学で典型的に用いられるジメチルスルホキシドや液体アンモニアなどのドナー溶媒は、酸素または窒素原子が孤立電子対を有し、プロトンと結合を形成することができる。
title: デュワー冷却器
text: 内槽に入れる冷媒は扱いやすさ・安全性・価格などの理由から、メタノールやアセトン・ジクロロメタンなどにドライアイスを入れたもの(−70から−80°Cに冷却可能)、液体窒素(−190°C程度まで冷却可能)などが用いられる。
title: ニトロゲナーゼ
text: 窒素固定反応において最も特徴的なのが、窒素分子の強固な三重結合を解離し無機窒素化合物に変換する点にある。この三重結合は極めて安定であり、化学的に窒素からアンモニアを合成するハーバー・ボッシュ法の反応条件によっても裏付けられている。
title: ジクロロメタン
text: ジクロロメタンは多くの有機化合物を溶解し、水と混ざらず、沸点が低いなどの条件を備えているため、有機化学においてはクロロホルムと並んで利用される溶媒である。酸性条件に対して安定であるため、フリーデル・クラフツ反応などルイス酸を用いる反応、酸塩化物を用いるアシル化反応、スワン酸化などの酸化反応に常用される。有機合成の溶媒として用いる場合、通常の反応にはモレキュラーシーブスなどで脱水する程度で十分な結果が得られる。精密な実験の場合は水素化カルシウムなどを乾燥剤として蒸留精製する。ナトリウムは反応し爆発の危険があるため乾燥剤に用いてはならない。
title: 遠山景前
text: 通常の水素結合はファン・デル・ワールス力よりも強いため、同程度の分子量の化合物で比べた場合、水素結合結晶のほうがファンデルワールス結晶よりも格子エネルギーが大きい、すなわち融点が高いことが多い。例えば近い分子量を持つ、メタン (CH4、分子量 16.04) と水 (H2O、分子量 18.02) について、融点はメタンが −162 °C、水が 0 °Cと、水の結晶のほうがより高い温度まで安定に存在する。これは、メタンの結晶が分子性結晶であり分子間にはたらく親和力が比較的弱いのに対し、水の結晶(= 氷)は水素結合結晶でありその中で水分子同士がより強く結びついているためである。
title: 芳香族炭化水素
text: 3つかそれ以上の環を持つ PAH は水に溶けにくく、蒸気圧も低い。分子量が増すにつれて、水への溶解度も蒸気圧も減少する。それに比べて、2環性の PAHは水溶性や蒸気圧は増加している。このような特性を持つため、水や大気よりも土壌や堆積物で主に発見される。しかし粒子状物質に分散したPAHは水や大気でも見出される。
title: 酸水素ガス
text: 酸水素ガス(さんすいそガス)は、水素 (H2) と酸素 (O2) の混合気体で、モル分率は水と同じ 2:1 とするのが典型的である。耐火物製造時のトーチやガス溶接の燃料に使われている。酸化炎となるのを防ぐには、水素の比率を高め 4:1 から 5:1 にする。
title: 水溶液
text: 分子結晶の結晶エネルギーは分子間力のうち、ファンデルワールス力、双極子相互作用および水素結合に起因する。これらの結晶の結合力はイオン結晶に比べると格段に弱いものの、分子量が増大するほど結晶エネルギーは(すなわち融点も)大きくなる。極性分子結晶のうち分子量の小さいもの、あるいは多数の水素結合を有するものは水に溶けやすい。分子量の小さいものは水和する表面が相対的に広い場合に水に溶解する。酢酸エチルはアセトンよりも極性の絶対値は大きいが分子量が大きく水和しない領域が大である。そのため水和の寄与がほとんどなく、水に溶解しない。糖などある程度の分子量以上では、極性分子結晶は水素結合の存在が多い場合に水に溶解する。
title: 酢酸エチル
text: 極性が高く、最大で 3% 重量ほど酢酸エチルに水が溶解する。逆に水に対しては 10体積%(25°C)ほど溶解し温度が低いほど増大する。また、エタノール、エーテル、ベンゼン、ヘキサンなどのほとんどの有機溶媒と任意の割合で混ざり合う。
title: 酸と塩基
text: また、この表記法を用いると、有機物など通常電離するとは考えない化合物に対しても酸・塩基の強度すなわちプロトン解離の指標として用いることができる。例えば、水中でのメタンの pKa は 48、ベンゼンは 43 であり、ベンゼンの水素の方がはるかに酸性が強い(すなわち、プロトンとして引き抜かれやすい)ことが分かる。
title: トリオキシダン
text: トリオキシダンはオゾンと過酸化水素の反応によって、あるいは水の電気分解によって少量だが検出可能な量を得ることができる。より大きな量は、低温での様々な有機溶媒中における有機還元剤とオゾンの反応によって得られる。また、有機ヒドロトリオキシド ROOOH の分解によっても得られる。
title: ヴァルター機関
text: 低温式ヴァルター機関は、この高濃度過酸化水素と触媒とを反応させ、分解時に発生する酸素と水蒸気の混合ガスを作動流体として利用するものである。
title: YOKARO
text: アルミニウムは、テルミットなどのアルミニウム熱反応でよく見られるようにほとんどの元素よりも酸素との親和性が強いため、二酸化炭素や水といった通常では不活性と見なされるような安定した物質からも酸素を奪い燃焼することができる。
title: フリッツ・ハーバー
text: その他、ニトロベンゼンの電解還元の経路を解明し、酸化と還元における電極電位の重要性を証明したことや、ファラデーの電気分解の法則が固体電解質にも有効であるということを示したこと、地下のガス管や水道本管の腐蝕の研究を行い、これらの調査と防止の基準となる方式を策定したこと、ブンゼン炎について、炎の内側と外側の燃焼の仕組みの違いを明らかにしたなどが挙げられる。また、鉄が触媒となってスーパーオキシド(超酸化物、O2)と過酸化水素(H2O2)が反応してヒドロキシルラジカル(•OH)を生成するハーバー・ワイス反応にも名前を残している。
title: 譜代下人
text: シクロヘキサンやデカリンは加熱した白金触媒により脱水素反応を起こしてベンゼンやナフタレンに化学変化する。また、逆の反応(水素化)も可能である。これらの可逆的な反応は、水素と有機分子との共有結合が解離/結合することで、水素分子が放出/貯蔵されたものと見なせる。そしてこの反応を応用した水素貯蔵システムを北海道大学触媒化学研究センターの市川勝らが開発した。水素を蓄えた有機ハイドライドは化学物質として安定な液体であり、貯蔵や輸送に適している。また、簡易な装置により、非常に大量の水素ガスを吸着し、高速でこれを放出できることから、有機ハイドライドを利用した燃料電池の検討などが行われている。なお、触媒反応にはある程度の熱源が必要となるが、産業技術総合研究所コンパクト化学システム研究センターの白井誠之らにより超臨界二酸化炭素を利用する低温での反応も研究されている。
title: 水素原子
text: 活性水素とは、酸素や窒素などと結びついた反応性の強い水素原子のことであり、電気分解で発生する水素も反応性が激しく一種の活性水素である。
title: ジエチルエーテル
text: ジエチルエーテルは酸を触媒としてエタノールの脱水縮合で合成できる。エタノールを硫酸のような強酸と混ぜると、酸が解離してヒドロニウムイオンが生じる。 これがエタノールの酸素原子をプロトン化することで、エタノール分子は正電荷を持つ。
title: ジクロロメタン
text: ジクロロメタンはメタンの塩素化物の中では最も安定であるが、高純度品を長期保存した場合光や酸素により酸化分解されてわずかに塩化水素やホスゲンを含む場合がある。したがって、アルコール、アミン、オレフィンなどに属する、安定剤が微量添加されていることが多い。また密栓して遮光保存する必要がある。
title: ヘキサフルオロ-2-プロパノール
text: 高い揮発性を持つ無色透明液体であり、刺激臭がある。分子内で大きく分極しており強い水素結合部位を持つため、水素結合受容体であるアミドやエーテルなどを溶解させることができる。 高い密度を持っているが、粘度、屈折率は共に低く、紫外線は透過する。
title: 酸素
text: 実験室的には過酸化水素を触媒で分解することで得られる。触媒としては二酸化マンガンまたは、カタラーゼおよびそれらを含むレバーやジャガイモなどが利用できる。
title: 超臨界流体クロマトグラフィー
text: 二酸化炭素と混じり合う液体なら、カラムや装置に悪影響を与えない範囲で各種のものが使用され、主にアルコール類、その中でもメタノールがよく用いられる。その他、アセトニトリル、ジクロロメタンなど HPLC で使用される溶媒を用いることができるが、水は二酸化炭素に対し難溶であるためほとんど使用されない。 また、超臨界二酸化炭素は加圧の度合により極性が変化するため、移動相に二酸化炭素のみ使用し、圧力の変化により分析を行う例もある。
title: フェンサー (護衛空母)
text: 極性分子の代表的なものとして、水(H2O)、塩化水素(HCl)、アンモニア(NH3)などがある。分子が極性を持つ原因の一つに、分子を構成する種類の異なる原子同士の電気陰性度の差がある。
title: 水素燃料
text: 液体水素(水素分子)を酸素と化学反応させて得られるエネルギーを用いる場合の液体水素のこと。
title: 水素
text: 水素は電気陰性度が2.2とアルカリ金属やアルカリ土類金属よりも高くハロゲンよりも小さい値であり、酸化剤としても還元剤としても働く。このため非金属元素とも金属元素とも親和しやすい。たとえば、水素と酸素が化合するときには還元剤として働き、爆発的な燃焼とともに水H2Oを生じる。ナトリウムと水素との反応では酸化剤として働き、水素化ナトリウムNaHを生じる。このような水素とほかの元素が化合した物質を水素化物という。
title: 電気分解
text: 溶液系の場合、最も多く用いられる溶媒は水である。水に不溶の物質などでは有機系溶媒が使われ、アセトニトリル・ベンゾニトリル・塩化メチレン・テトラヒドロフラン・炭酸プロピレン・ジメチルホルムアミド・ジメチルスルホキシドがよく利用される。溶液抵抗を低減させるため、反応性の低い電解質(支持電解質)が一般に加えられる。溶媒や支持電解質の種類によって電気分解の生成物が異なる場合がある。
title: 尿素
text: 尿素の結晶の構造には、小分子が入るのにちょうど良い大きさの空孔がある。そのため尿素は、ヘキサンなど、さまざまな化合物と安定な包接化合物を作る。過酸化水素との包接化合物(尿素-過酸化水素付加体、略称 UHP)は、固体の形で取り扱える酸化剤として市販されている。
title: ヘンリー・キャヴェンディッシュ
text: 金属と強酸の反応によって水素が発生することを見出した。電気火花を使った水素と酸素の反応により水が生成することを発見し、水が化合物であることを示した。この結果をフロギストン説に基づいて解釈している。
title: 結晶水
text: 水和物に含まれる水の量を決定するために熱分析を行う際に起こる問題として、水素と酸素を含む化合物を加熱すると、もともと水として存在していなくともそれらが反応して水になってしまうことがある、という点が挙げられる。すなわち、加熱によって水の遊離が観測されたとしても、それは必ずしも最初から水が存在していたことの証拠にはならない。特に高温に加熱した場合には顕著になる。例えば、水を含まないカルボン酸 RCO2H を加熱すると水が生成する。
title: ハーバー・ボッシュ法
text: 現代の工業化学では、メタンから不均一系触媒を使って単離された水素と大気中の窒素とを反応させてアンモニアを合成している。
title: エタノール
text: そして2つとは言え、疎水性の炭化水素鎖を持っていることから、様々な有機溶媒とも比較的自由な割合で混和することが可能な場合がある。なお、エタノールそれ自体も、れっきとした有機溶媒の1種に数えられ、様々な物質を溶解させる能力を持つ。この他、金属組織を顕微鏡観察しやすくするための腐蝕液の溶媒として用いられる。
title: 液体空気
text: また、沸点の違いを利用して、液体空気から窒素・酸素・希ガスなどが得られる。
title: ヘンリー・キャヴェンディッシュ
text: この反応は水素と酸素から水が合成されたこと、すなわち水は単独の元素ではなく化合物であることを意味する。しかしキャヴェンディッシュはフロギストン説の立場から、
title: 窒素
text: 窒素分子は常温では無味無臭の気体として安定した形で存在する。また、液化した窒素分子(液体窒素)は冷却剤としてよく使用されるが、液体窒素温度(-195.8°C、77K)から液化する。
title: アインシュタインとシラードの冷蔵庫
text: 凝縮した冷媒は水には不溶性でブタンの場合には容易に浮いて分離して蒸発器へ戻る。一方、アンモニア水溶液は加熱され、アンモニアの蒸気が分離されて蒸発器へ送られる。
title: フッ化水素
text: 融点 -84 °C、沸点 19.54 °C で、常温では気体または液体。塩化水素などの他のハロゲン化水素の場合に比べて性質が異なる点がある。まず、F-H の結合エネルギーが大きいために電離し難く、希薄水溶液においては弱酸として振舞う。これはフッ化物イオンのイオン半径が小さいため、水素イオンとの静電気力が強いことによるとも解釈される。また、水素結合により分子間に強い相互作用を持つことから、分子量の割りに沸点が高くなっている。また、フッ素の電気陰性度があまりに大きいために、フッ化水素同士で二量体あるいはそれ以上の多量体を生成する。80°C以上の気体状態では単量体が主となる。
title: アドルフ・ヴュルツ
text: これらの新規化合物合成に加えて、当時アボガドロの法則への反例として挙げられていた異常な蒸気密度に関する研究でも功績もあげている。オレフィンの研究をしていたとき、温度が上昇するにつれてアミレンヒドロハライド類の蒸気密度に変化が起こる事に気づいた。温度が上昇するにつれて蒸気密度はほぼ正常な蒸気密度から最終的には正常な値の半分にまで変化した(温度が上昇するにつれて徐々にハロゲン化水素が脱離反応を起こし、圧力一定下での体積が増えて密度は減少する)。この現象から、塩化アンモニウムや五塩化リンで見られる異常な蒸気密度は分子の解離によって説明できる、という説に賛同した。1865年からいくつかの論文でこの問題を扱い、特に抱水クロラールの蒸気の解離についてアンリ・ドビーユやマルセラン・ベルテロと議論を続けた。
title: プロトン親和力
text: 水素分子は著しい弱酸と推定され、その共役塩基を含む水素化ナトリウムなどは有機合成において強塩基として用いられる。
title: 塩酸
text: 塩酸の主要な供給源は、テフロン、フロン、クロロ酢酸、ポリ塩化ビニルなど、塩素化またはフッ素化された有機化合物を製造する際の副生物である。この場合しばしば製造場所で他の工程にそのまま用いられる。次に示す化学反応によって、炭化水素の水素原子が塩素原子に置き換えられ、遊離した水素原子は塩素分子の残りの塩素原子と結合し、塩化水素となる。フルオロ化する場合は塩素原子と置換反応を行うため、再び塩化水素が生成する。
title: 第四級アンモニウムカチオン
text: 有機合成において、第四級アンモニウム塩は相間移動触媒 (PTC) として使われる。そのような触媒は互いに混和しない相に存在する試薬同士の反応を加速させる。高い反応性を持つ試薬ジクロロカルベンは PTC によってクロロホルムと水酸化ナトリウムから生産される。
title: チオフェン
text: 自然界では石炭および原油中のベンゼンと共に産出される。ベンゼンとチオフェンは蒸留で分離することは困難であり、コールタール由来の粗ベンゼンには不純物としてチオフェンが含まれる。また石油中の硫黄成分の一つであり、石油精製の脱硫装置においてはチオフェンは水素化など化学変換されて除去される。
title: 固定 (組織学)
text: タンパク質の溶解度を減少させ、また疎水結合を破壊することによるもの。これによりタンパク質は変性し、析出・凝集して不活化される。 有機溶剤のエタノールやメタノールが非常によく使われるほか、アセトンも利用されている。 酢酸は変性剤として有機溶剤と組み合わせて利用される。一般にアルコールが組織を収縮させるのに対し、酢酸は膨潤させる効果があり、組み合わせることで形態の保持が良くなる。 その他ピクリン酸や塩化水銀などがある。
title: 水素結合
text: 液体の水の高い沸点は、低い分子量に比べて、それぞれの分子が多くの水素結合を形成できることが原因である。この水素結合ネットワークを壊すことが困難なため、水は他の水素結合を形成しない同様の液体と比較して、非常に高い沸点や融点、粘度を示す。水は、その酸素原子が2つの非共有電子対と2つの水素原子を持っているため、1つの水分子で4つまでの水素結合を形成できる点で特徴的である。例えば、フッ化水素は、フッ素原子が3つの非共有電子対と1つの水素原子を持っているが、水素結合を2つしか形成できない(アンモニアでは、3つの水素原子を持っているが1つの非共有電子対しかないという逆の問題がある)。
title: ランキンサイクル
text: 有機ランキンサイクル(英: organic Rankine cycle)(ORC)はn-ペンタン やトルエンのような低沸点の有機液体を水と蒸気の代わりに使用する。これにより、ソーラーポンドのような70~90°C程度の低温の熱源の利用を企図する。 熱源の温度が低いので熱効率は著しく低いが、これまで利用価値の無かった排熱等の低品位の熱源を活用できるので意義がある。水よりも低い沸点の流体を使用した場合、熱力学的な恩恵が得られる。例は水銀蒸気タービンを参照。
title: 水素水
text: 水素水(すいそすい)は、水素分子のガスを溶解させた水であり、無味、無臭、無色である。水素は水に溶けるが、溶解度は低く、ごくわずかな量しか溶けないため、水素水は基本的には水と同じ性質を持つ。
title: 酸素
text: そのほか、水の電気分解でも得られる。純粋な水は電気を通さないため少量の水酸化ナトリウムを加える。酸素は陽極で発生し、陰極では水素が発生する。
title: クリーンルーム
text: 特に半導体プロセスでは、材料ガスとして常温常圧で自然発火するシラン、ホスフィンのほか、水素、高純度酸素等が用いられるため、火災・爆発には注意が必要である。
title: プロトン親和力
text: また水溶液中において著しく酸としての強度が小さいか、あるいは塩基としての強度が著しく弱いため、酸解離定数を求めることが困難な物質についても、気相中については数値が求められているものも少なくない。例えばメタンおよび水素分子の酸解離およびプロトン付加したキセノンの解離平衡は以下の通りである。
title: 過酸化水素
text: 特に爆発の危険性の問題は重大であり、この危険性を回避するため、反応速度を犠牲にして水素と酸素の混合比を爆発範囲から外す方法のほかに、酸素と水素をパラジウム薄膜で隔てた合成法がChoudharyらにより提案されているが、パラジウムが水素透過能を示すのは通常遥かに高温であり、単に膜に穴が開いていることが疑われることに加え、過酸化水素生成速度が極めて遅いなどの難点がある。
title: アルカン
text: イオン性の化合物や極性の高い基質とはほとんど反応しない。pKaはおおむね60以上であり、酸や塩基に対しても不活性である。この性質は「パラフィン (paraffin)」の語源であり、これはラテン語で「親和力 (affinity) を持たない」を意味する para と affinis の組み合わせである。原油中では何百万年も化学的に変化せずに存在し続けている。
title: 液体窒素
text: 液体窒素(えきたいちっそ、英: liquid nitrogen)は、冷却された窒素の液体である。液化窒素とも呼ばれ液化空気の分留により工業的に大量に製造される。純粋な窒素が液相状態になったものである(液体の密度は三重点で0.807 g/mL)。
title: ジムロート冷却器
text: 水などの気化潜熱の大きい液体ならば直管の外に冷却水を流す外筒をもつリービッヒ冷却器でも溶媒蒸気を凝縮捕捉可能である。しかしリービッヒ冷却器では、気化潜熱の小さいアセトンやメタノールのような有機溶媒が十分に凝縮させきれずに、長時間の反応で反応溶媒が蒸発して試薬の乾固や実験事故につながる恐れがある。このため、ジムロート冷却器を用いる。他の冷却器と比べて洗浄が大変なのでうまく使い分ける必要がある。
title: 酢酸
text: この二量体を形成するという性質のため、酢酸(分子量60.05)の沸点は水素結合を作らない酢酸メチル(分子量74.08、沸点 57 °C)よりも高く、分子量が2倍程度のオクタン(分子量114.23、沸点 125 °C)に近い。
title: 塩素
text: 有機塩素化合物は、安定で、かつ安価に合成できるために、クロロホルムやジクロロメタンのような代表的な有機溶媒として、あるいはポリ塩化ビニルなどのプラスチックとして、大量に生産・使用されている。
title: 炭酸ナトリウム過酸化水素化物
text: 水溶液中の過酸化水素は放置するだけで水と酸素に分解し、また炭酸ナトリウムは人体や環境への影響が小さいことから、過炭酸ナトリウムは使用に伴う環境への悪影響が少ない。一方、次亜塩素酸ナトリウムに代表される塩素系漂白剤は、漂白過程でトリハロメタンをはじめとする有機塩素化合物を生成して環境汚染の原因となる。
title: プロトン親和力
text: これらの平衡は形式的には水溶液中における酸塩基平衡と同様であるが、水和していないことが決定的に異なり、プロトンは水溶液中のオキソニウムイオンとは状態が全く異なる。また比誘電率の高く、かつ溶媒和の影響が著しい溶媒よりなる水溶液中は中性分子が電離しやすい環境であるが、気相中ではこれらの影響がないため中性分子のイオン解離は極めて起こりにくい現象となる。そのため陰イオンに対するプロトン親和力は中性分子に対するものよりも著しく大きくなる。
title: サバティエ反応
text: ボッシュ反応では炭素原子が廃棄物として出るだけで完全な水と酸素と二酸化炭素の循環を形成できるが、反応にはさらなる高温状態が必要で、しかも反応にともない沈着する炭素をどう取り扱うかという問題があり、実用化にはまだ時間がかかる。触媒の表面に炭素が沈着すると、触媒の効果が弱まって反応の効率が低下するという問題を起こす。
title: ベンゾフェノン
text: 実験室レベルでの有機合成において、金属ナトリウムとベンゾフェノンを用いた蒸留により、溶媒の脱水と脱酸素を行う(脱水と還元自体は金属ナトリウムによって行われる)。ベンゾフェノンの1電子還元によって生じたベンゾフェノン–ケチルは青色であるが、水分や酸素と速やかに反応し消色する。このため脱水と脱酸素が完了したときのみ溶液が青く保たれ、目視で脱水の完了が分かる。THFやジエチルエーテルなどのエーテル系溶媒に対して汎用される方法である。
title: ジクロロメタン
text: 工業的には、メタンあるいはクロロメタン(慣用名は塩化メチル)と塩素とを400-500°Cで気相でラジカル反応させることで得られる。クロロメタンはメタンよりも早く塩素化されるため、本製法では、メタンのHがClで多置換された混合物が生じる。例に上げると、メタンと塩素とを当量で反応させた場合、クロロメタン:37%、ジクロロメタン:41%、トリクロロメタン(慣用名はクロロホルム):19%、テトラクロロメタン(慣用名は四塩化炭素):3%の生成比となる。この混合物から副生成物の塩化水素を除去した後、蒸留によって精製する。
title: 結晶水
text: 水分子は小さく、極性が高いため結晶中に含まれる溶媒としては最も一般的であるが、他のほとんどの溶媒もホスト結晶に取り込まれうる。水以外については結晶溶媒と呼ばれる。水は反応性が高いため特に注目されるが、ベンゼンなどは化学的に不活性とみなされている。結晶格子中に2個以上の溶媒分子が見られることもあり、しばしばその化学量論量は一定しない。これは結晶学において部分占有 (partial occupance) と呼ばれる概念が反映されるためである。減圧下に重量が一定になるまで加熱して乾燥を行うのが一般的である。
title: アルコール
text: アルコールは非常に弱いながら酸としての性質を示す。それゆえプロトン性溶媒 (protic solvents) と呼ばれる。メタノール以外は水よりも弱く、アンモニアあるいはアセチレンよりは強い酸で、ヒドロキシ基からプロトンを放出する弱い酸である。共役塩基 (RO) はアルコキシドアニオンと呼ばれる。弱い酸の共役塩基であることから明らかなように、アルコキシドは強力な塩基として知られる。
title: 鉛
text: ハロゲンおよびカルコゲンなどと加熱により直接反応して化合物を生成する。希塩酸および希硫酸とは表面に難溶性塩を生じて反応しにくいが、硝酸とは容易に反応する。酢酸イオンとの親和力が比較的強く、空気(酸素)の存在下において酢酸水溶液にも溶解して酢酸鉛を生成する。
title: メタン
text: メタンは天然ガスから得られるほか、一酸化炭素と水素を反応させることで工業的に大量に生産されている(記事 C1化学に詳しい)。そのため、実験室においてもガスボンベで供給されることが普通であるが、実験室的な生成法もいくつか知られている。
title: 酸と塩基
text: リトマス以外の化学物質に対しても、水溶液が酸性であるか塩基性であるかに応じて、その化学物質を水溶液に入れた時に起こる化学反応が大きく異なる事が知られており、例えば酸性の水溶液は鉄を溶かして水素を生じるが、塩基性の水溶液ではそのような反応は起こらない。したがって溶質が酸であるか塩基であるかを知ることは実用上非常に重要である。