クイズ問題: 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?
答え: 酸素

関連するWikipedia記事の抜粋:
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: 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: 水の性質
text: 水の臨界点は圧力22.064 MPa、温度373.95 °C (647.10 K) である。水は臨界点まで蒸気圧曲線に従い、ある温度である圧力以上をかけると液体の状態を保つ。この状態の水(下限は大気圧、100 °C)を亜臨界水という。さらに、臨界点以上の圧力・温度条件の水を超臨界水という。亜臨界水ではイオン積が常温常圧の水より高く、オキソニウムイオンおよび水酸化物イオンの濃度が高くなる。一方、超臨界水ではイオン積が常温常圧の水より低くなる。また、超臨界水は比誘電率が低くトルエンと同程度までになるため、常温常圧水と異なり、油との混合が可能となる。亜臨界水および超臨界水はそれぞれが持つ性質を利用した技術の研究が行われている。
title: 水酸化リチウム
text: この反応は非常に激しく発熱的であり、ナトリウムなどよりは穏やかであるが空気中で反応させると発生する水素 (H2) が明るい炎をあげて燃焼する。このため、リチウム電池は水と接触させてはならないとされる。
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: ジシアン
text: これは燃焼によって水を生じないためである。一方アセチレンのように燃焼により水が生じると、3000 °C ほどで水分子が解離するためそれ以上の高温にはならない。
title: アントワーヌ・ラヴォアジエ
text: 1774年に体積と重量を精密にはかる定量実験を行い、化学反応の前後では質量が変化しないという質量保存の法則を発見。また、ドイツの化学者、医師のゲオルク・シュタールが提唱し当時支配的であった、「燃焼は一種の分解現象でありフロギストンが飛び出すことで熱や炎が発生するとする説(フロギストン説)」を退け、1774年に燃焼を「酸素との結合」として説明した最初の人物で、1779年に酸素を「オキシジェーヌ(oxygène)」と命名した。ただし、これは酸と酸素とを混同したための命名であった。
title: フッ化水素
text: 0°Cにおける比誘電率は83.6と、水の87.74(0°C)に近く、イオン解離に有利な溶媒としての性質を持つが、強い酸性度のためフッ化水素中で強酸としてはたらく物質は少なく、水、アルコールなど多くの分子がプロトン化を受け強塩基として振る舞う。
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: 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: 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: 五酸化炭素
text: 五酸化炭素は、凍った二酸化炭素に5kVの電子を照射することにより生成される。この反応機構は、四酸化炭素が酸素原子と反応するものである。この反応により、17.0 kJmolが放出される。オゾンと二酸化炭素からの生成は165.6kJmol分エネルギー的に不利であり、三酸化炭素と酸素分子との反応は31.6kJmolを必要とする。
title: 水素イオン指数
text: 炭酸の電離により放出される水素イオンの量は極めて少ないが、それでも純水に含まれる水素イオンの数十倍の量になる。また質量作用の法則により水の自己解離が抑制されるため、水酸化物イオンの量は純水に含まれる量の数十分の一になる。液体中に存在する H の数が OH の数よりも多いので、空気に触れた水は酸性を示す。空気に含まれる二酸化炭素の割合は0.04%でほぼ一定であり、また大気圧もほぼ一定なので、二酸化炭素の分圧はほぼ一定である。さらに温度が一定であれば、CO2 の水への溶解度、H2CO3 が生成する割合、および H2CO3 が電離する割合もまた一定になる。25°Cにおけるこれらの数値を用いて計算すると、pH = 5.6 となる。
title: 昇華 (化学)
text: 二酸化炭素は常圧で昇華する化合物のひとつである。常温で固体 CO2 (ドライアイス)を放置すれば、液体を経ずに気体へと変化するのが観測できる。また、ヨウ素も常圧、室温条件下で昇華する物質のひとつである。
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: 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: プロトン化水素分子
text: 1997年にウイ (D. Uy) らが行なった水素の放電実験において、放電ガスとして、普通の水素ガス(オルト水素:パラ水素 = 75%:25%)を放電したときと、パラ水素を濃縮した水素ガス(パラ水素99%以上)を放電したときで、放電によって生成さする H3 のオルトとパラの比が違う(パラ水素ガスを使った場合はパラ H3 が多く生成する)ことが発見された。これは、H3 が生成するときの反応
title: 水素イオン指数
text: 純水のpHは、温度によって変化する。圧力が1気圧のとき、純水のpHが7.00になるのは24°C付近の狭い温度範囲に限られる。温度が0°Cのときの純水では pH = 7.47、10°Cのとき7.27、20°Cのとき7.08、30°Cのとき6.92、60°Cのとき6.51となる。このpHの温度変化は、水の自己解離の度合いが温度により異なることに起因する。自己解離反応は吸熱反応なので、温度が高いほど解離が進む(ルシャトリエの原理)。60°Cの純水に含まれる水素イオンの数は、0°Cの純水に含まれる数のおよそ10倍である。
title: フロギストン説
text: ヘンリー・キャヴェンディッシュは、亜鉛や鉄、スズなどの金属と、塩酸や硫酸などの酸が反応した時に出る気体に関して研究を行い、1766年に論文として発表した。そして、この気体は空気の10分の1以下の密度しかない、非常に軽いものであること、さらに、この気体は非常に燃えやすい性質をもっていることを明らかにした。そのため、フロギストン説を支持していたキャヴェンディッシュは、この気体こそがフロギストンではないかと考えた。現在ではこの気体は水素として知られている。
title: デカフェ
text: 二酸化炭素は31.1°C以上かつ73.8気圧以上の状態で超臨界二酸化炭素になる。この条件は他の物質の場合より常温常圧に近く(例えば水では374°C以上かつ220気圧以上)その生成が比較的容易であることと、超臨界状態でも他の物質との化学反応を起こしにくい(超臨界水は極めて反応性が高い)という特性を持つ。また抽出後、常温常圧に戻せば二酸化炭素の除去は極めて容易であり、万一残留してもその毒性を考慮する必要がない点、廃液処理の必要がない点、有機溶媒のような燃焼性がなく火災の心配がいらない点など、さまざまな点において有機溶媒抽出法の欠点を補った、極めて優れた脱カフェイン法だとされている。
title: 塩素
text: 塩素はオゾンホールの原因物質としても指摘されている。フロンなどの塩素原子を含む化合物が紫外線に当たると、結合が切断され塩素ラジカルが生じる。塩素ラジカルは周囲のオゾンと反応して触媒的にオゾンを酸素分子へと分解するため、オゾン層の破壊効果が大きい。
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: メラミン
text: 昇華性を持ち、融点は 345°C。ただし融解した状態においてはアンモニアを発生しながら分解する。安定に存在させるためにはアンモニア 6 MPa(60気圧)以上の気圧が必要である。
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: 沸点
text: 液体に不揮発性の物質が溶けているとき、この溶液の飽和蒸気圧は、一般に元の純粋な液体の飽和蒸気圧よりも低くなる。この現象を蒸気圧降下という。これに伴って、圧力を縦軸としたときの溶液の蒸気圧曲線は、元の蒸気圧曲線から下にずれる。そのため、外圧が同じであれば、この溶液の沸点は一般に元の純粋な液体の沸点よりも高くなる。この現象を沸点上昇という。例えば食塩水やショ糖水溶液の沸点は、食塩やショ糖が不揮発性なので、純粋な水の沸点よりも高くなる。それに対して、液体に揮発性の物質や気体が溶けているときの溶液の沸点は、元の液体の沸点より低くなることもあれば高くなることもある。例えば、水にアンモニアを溶かしたアンモニア水の沸点は水よりも低く、水に塩化水素を溶かした希塩酸の沸点は水より高い。
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: 燃料電池
text: 水素を反応させ電気を取り出す仕組みとしては、水の電気分解の逆反応である 2H2 + O2 → 2H2O による場合が多い。反応時に熱を伴うだけでなく、発電効率の高いものほど反応に高温を必要とする傾向があり、1,000°C近くの環境を必要とする方式もある。反応によってできる物質は水であるが、生成されるのが高熱環境下であるため、実際に排出されるのは水蒸気または温水である。
title: AL-1 (航空機)
text: この酸素ヨウ素化学レーザーでは化学励起反応が用いられる。水酸化カリウム(KOH)と過酸化水素(H2O2)、塩素ガス(Cl2)を反応させて準安定状態の酸素(O2)が生成され、反応室内でヨウ素ガス(I2)が加えられてヨウ素原子を励起状態にした上で超音速ノズルから噴出する。ヨウ素ガスは断熱膨張によって瞬時に-145°Cにまで温度低下することで強力なレーザー光を放射する。
title: オゾン層
text: 成層圏中では、酸素分子が、太陽からの242 nm以下の波長の紫外線を吸収して光解離し、酸素原子になる。この酸素原子が酸素分子と結びついてオゾンとなる。また生成したオゾンは320 nm以下の波長を持つ紫外線を吸収し、酸素分子と酸素原子に分解するという反応も同時に進行する(反応式のMは主に窒素や酸素の分子で、反応のエネルギーを受け取るという役割をしている)。
title: リン酸二アンモニウム
text: リン酸二アンモニウムの固体は自発的にアンモニアを解離する。Pをアンモニア解離圧、Tを絶対温度 (K) とすると、353Kから385Kの範囲において解離圧は以下の式で表される。
title: 電解質代謝
text: 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。
title: 蒸発熱
text: 固体が気化する場合は、液体とは違って、沸騰して気体になることはない。固体が気化する場合はいつも、固体の表面から気化が起こる。固体の気化を昇華という。液体の蒸発の場合と同様に、固体の昇華にはエネルギーが必要である。よく知られた例は、ドライアイスの昇華である。ドライアイスが炭酸ガスに変化するとき、気化に必要なエネルギーを周囲から熱として吸収するので、熱を奪われた周囲の温度は下がる。固体が昇華するとき、多くの場合、昇華に必要なエネルギーは熱として物質に吸収される。この熱を昇華熱という。
title: もんじゅ訴訟
text: なお、高速増殖炉の特徴として原子炉の冷却媒体として水ではなく、比熱が小さく(熱しやすく冷めやすい=熱伝導性が高い)融点(約90°C)の低いナトリウムが用いられている。ナトリウムは、空気中の酸素と反応し燃焼し、水と反応すると水素が発生する。
title: ブルーフォレスト物語
text: 三酸化炭素(さんさんかたんそ、Carbon trioxide)は、二酸化炭素と酸素原子との不安定な反応生成物である。一酸化炭素と酸素との反応でも検出される。炭酸イオン(CO3)とは別物である。コロナ放電の負電荷側で見られる。これはプラズマの自由電子によって酸素分子から生じた酸素原子イオンと、二酸化炭素との反応である。
title: アボガドロの法則
text: アボガドロの仮説が提案される原因となったのはゲイ=リュサックの気体反応の法則であった。 気体反応の法則があらゆる気体に成立するとすれば、同一圧力、同一温度、同一体積中の気体にはある定数の整数倍の粒子が含まれていることになる。 例えば水素2リットルと酸素1リットルから水蒸気2リットルが生成し、炭素を酸素1リットルと燃焼させたときには一酸化炭素2リットルが生じる。
title: バリウム
text: バリウムの電溶圧は水素よりも大きいため水と激しく反応して水素を発生させ、アルコールとも同様に激しく反応する。
title: オゾン
text: 一般に空気中での紫外線照射、または酸素中での無声放電など高いエネルギーを持つ電子と酸素分子の衝突によって発生する。オゾンの発生は主に以下の化学式で表せる。
title: 酸素
text: 1667年にドイツの錬金術師ヨハン・ベッヒャーが発案し、1731年までにゲオルク・シュタールが理論構築したフロギストン説は、可燃物とは燃素(フロギストン)とほかの物質の2つが結合した状態にあり、燃焼が起こると燃素が遊離し、残りの物質もしくは石灰が残るというものだった。この説では、木材や石炭などは燃素の含有率が高く、鉄など不燃性のものはほとんど含まないと考えられた。空気の効果は無視され、わずかに行われた実証試験でも可燃物を燃やすと軽くなるという点から確かに何かが失われているという考察がされたに過ぎず、発生ガスへ意識が向けられることはなかった。このフロギストン説が否定される契機は、金属を空気中で燃やすと重量が増すという報告だった。
title: ポルヴェリージ
text: オゾンは強力な臭気を放つ。同様の臭気が落雷によっても生じる事をきっかけとしてオゾンは大気からできると推測した。シェーンバインは彼の実験装置で実証した。この強い臭気はシェーンバインによってギリシャ語の‘臭う事’を表す‘ozen’から‘オゾン’と名づけられた。
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: 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: 酸素
text: 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。
title: 溶融塩電解
text: 陽極では高温にもかかわらず水が発生し反応効率が低下する。水は金属ナトリウムと反応を起こし、水素が生成する。
title: マイケル・ファラデー
text: ファラデーはまた、後にブンゼンバーナーと呼ばれ実験用に広く使われるようになった熱源装置の原型を発明した。ファラデーは化学の幅広い分野で活動し、1823年に塩素の液化に成功し、1825年にはベンゼンを発見している。気体の液化は気体が単に沸点の低い液体の蒸気に過ぎないという認識の確立に役立ち、分子凝集の概念により確かな基盤を与えることになった。1820年、ファラデーは炭素と塩素で構成される化学物質 C2Cl6 と C2Cl4 を初めて合成したことを報告し、翌年公表している。また、ハンフリー・デービーが1810年に発見した塩素の包接水和物の構成を特定した。
title: 酸水素ガス
text: ひとたび着火すると、この混合気体は発熱反応により水蒸気へと変わり、その発熱によって反応が持続する。1モルの水素の燃焼につき 241.8 kJ のエネルギー(低発熱量)を発生する。発生する熱エネルギーの量は燃焼の形式に影響されないが、炎の温度は変化する。酸素と水素の組成を正確に調整すると炎は最高で約 2800 °C となり、大気中で水素ガスを燃やしたときより 700 °C 高い。混合比率が 2:1 でない場合や、窒素のような不活性気体が混ざっている場合、熱がより大きな体積へ拡散するため、温度が低くなる。
title: ガスクロマトグラフィー
text: キャリヤーガスはガスクロマトグラフィーにおける移動相として用いられるガスのことで、一般にヘリウム、窒素、アルゴンなどの不活性ガスが用いられる。 検出器としてTCDを使用する場合にはキャリヤーガスの熱伝導度が大きい方が検出感度が上がるため、ヘリウムを使用することが多い。FIDを使用する場合には安価な窒素を使用することが多い。
title: 酸水素ガス
text: 酸水素ガスは温度が発火点になると自発的に燃焼する。水素と酸素が 2:1 の混合ガス(水素爆鳴気)は、常圧において発火点が約 570 °C となる。そのような混合気体へ着火するのに必要なスパークの最小エネルギーは、約20マイクロジュールである。常温常圧では、水素が体積の4%から95%を占めている場合、酸水素ガスは燃焼可能である。
title: ブロモチモールブルー
text: 植物の光合成や呼気の観察のための実験として、中性のブロモチモールブルー溶液にチューブで息を吹き込むというものが知られる。呼気に含まれる二酸化炭素が溶解することによって炭酸が生じ、溶液は酸性になるため、緑から黄色へと変化する。
title: 超臨界水
text: 超臨界水は密度は室温の液体水(1g/cm3)の0.03~0.4倍程度であり、100°C、0.1MPaの水蒸気に比べて数十~数百倍大きい。粘性率は気体並みに低く、自己拡散係数は液体と気体の中間程度で、臨界水と亜臨界水1は気体分子と同程度の大きな運動エネルギーを持ち、液体の1/10程度の密度を持つ活動的な流体といえる。150~350°C、0.5~25MPaの亜臨界水2は大きな加水分解力を持つ高温高圧の液体水であり、亜臨界水や超臨界水は温度、圧力を制御することにより密度や溶解度等のマクロな物性から、流体分子の溶媒和構造等のミクロな物性・構造まで連続かつ大幅に制御が可能。亜臨界・超臨界水は誘電率やイオン積という反応場に大きな影響を与える要素の制御が容易で単一溶媒であり、尚且つ水溶性から非水溶性の特性を示し、イオン反応場からラジカル反応場までを提供することができる。
title: 水酸化物イオン
text: と表され、25 °C、1気圧においてその値は1×10 (mol/L)である。すなわち、pH と pOH との関係は pOH = 14 − pH となる。同条件において、純粋な水はわずかに電離して10 mol/Lの水酸化物イオンと水素イオン(プロトン、H)を発生させる。
title: 光合成
text: 1771年、イギリスの化学者および聖職者であるジョセフ・プリーストリーは、「植物はきれいな空気を出して空気を浄化している」と考えた。彼は、密閉したガラス瓶の中でロウソクを燃やして「汚れた空気」をつくり、そこにハッカとネズミを入れたものとネズミだけを入れたものを用意した。するとハッカを入れた方のネズミは生き続けたが、入れない方のネズミは数秒で気絶、その後死亡した。この実験結果を元に彼は「呼吸で汚れた空気を浄化する何かがある」と考えたのである。彼はその後1774年に酸素を発見し、「脱フロギストン空気」と名付けた。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。
title: フロギストン説
text: ハットンの考えるフロギストンは、プリーストリーらの考える「マイナスの酸素」という意味でのフロギストンとは異なり、光や熱を説明するためのものであった。たとえば、キャヴェンディッシュによる水の生成の実験において、多量の光が発生するが、ハットンによればこのときフロギストンが外部へと放出される。この実験においては燃焼の前後で重さは変わらなかったので、フロギストンは重さをもたないことになる。
title: 沸騰石
text: 日常の中で水を加熱した場合は、二酸化炭素、酸素など溶存していた空気成分が加熱によって飽和状態(温度が上がると水に溶ける気体の量が少なくなる。溶解度を参照。)になり、溶けなくなった空気成分が小さな泡を作る。この泡が沸騰(相転移)の核となるため、突沸は比較的起こりにくい。しかし、同じように水を加熱した場合でも、極弱火で非常にゆっくりと水温を上げた場合や、電子レンジを用いるなど短時間で温度を上げた場合は、溶けていた気体が過飽和のまま微小気泡が発生せず過熱状態となるため、突沸が起こる可能性が高い。
title: カール・フィッシャー滴定
text: 回路より電流が通ぜられると白金陽極上でヨウ素 (I2) が生じる。全体としての反応は、下式に示すように、I2 による SO2 の酸化である。1モルの水分子 (H2O) に対し、1モルの I2 が消費される。
title: 物質の状態
text: 超臨界流体は、温度と圧力がそれぞれ臨界温度と臨界圧力以上である気体である。物理的には気体の性質を持つが、高い密度により溶媒の性質を示し、便利な応用が可能である。例えば、超臨界二酸化炭素はデカフェコーヒーの製造の際にカフェインを抽出するのに用いられる。
title: 減極剤
text: 減極剤(げんきょくざい)は、電池あるいは電解槽(英語版)内において、分極が起こるのを防止する物質である。おもに酸化剤が用いられるのは、電池の負極から正極、あるいは電解槽の陽極から陰極へ流れてきた電子と水素イオンが結びつくことで分極が起きるためであり、これを酸化する働きをもつ。二酸化マンガン、過酸化水素水、二クロム酸カリウム、あるいは酸素など。
title: ミイデラゴミムシ
text: 他のホソクビゴミムシ科のゴミムシ類と同様、外敵からの攻撃を受けると、過酸化水素とヒドロキノンの反応によって生成した、主として水蒸気とベンゾキノンから成る100°C以上の気体を爆発的に噴射する。この高温の気体は尾端の方向を変えることで様々な方向に噴射でき、攻撃を受けた方向に自在に吹きかけることができる。このガスは高温で外敵の、例えばカエルの口の内部に火傷を負わせるのみならず、キノン類はタンパク質と化学反応を起こし、これと結合する性質があるため、外敵の粘膜や皮膚の組織を化学的にも侵す。
title: 燃焼熱
text: 炭素、水素、酸素および窒素からなる分子式CaHbOcNdで表される化合物の燃焼熱については、その燃焼生成物を二酸化炭素、水および窒素とし以下の反応式で表される。
title: 第1族元素
text: 通常、この反応はあまり進まない。なぜなら、イオン化系列でカリウムはナトリウムの左にあるからだ。では、どうするか。カリウムの状態に着目してもらいたい。なんとこの温度ではカリウムは気体である!よって反応で生じたカリウムガスを吸い出し続ければ、ルシャトリエの原理により反応を無理やり右向きに進行させることができる。
title: 超伝導
text: 液体窒素の沸点である−196°C (77 K) 以上で超伝導現象を起こすものは特に高温超伝導物質 (英: cuprate superconductor) と呼ばれる。
title: 超酸化カリウム
text: 超酸化カリウムは強力な酸化剤であり、また吸湿性もある。水分を吸収、酸化させ過酸化水素と酸素を生成する。
title: 25 To Life
text: 例えば、水と酸素の酸化還元反応(O2 + 4e + 4H ⇄ 2H2O)は、電極の電位が+1.23V(vs. SHE)となるところで平衡となる。したがって、電極の電位が+1.23Vより低ければ酸素が還元されて水が生成し、電極の電位が+1.23Vよりも高ければ水が酸化されて酸素が生成するはずである。実際には、反応をある程度の速さで進行させる。つまり、ある程度の電流を得るためには、電極の電位をさらに余分にずらす必要がある。白金電極を用いて酸素を水に還元する場合はおよそ0.8V以下にしなければならず、平衡電位よりも0.4V程度の過剰な電圧が必要となる。
title: 水素
text: 水素分子は常温では安定であり、フッ素以外とは化学反応をまったく起こさない。しかし何かしらの外部要因があればその限りではなく、たとえば光がある状態では塩素と激しい反応を起こす。また、水素と酸素を混合したものに火をつけると起きる激しい爆発(水素爆鳴気)は、混合比下限は4.65パーセント、上限は93.3パーセントであり、空気との混合では4.1 - 74.2パーセントとなり、これはアセチレンに次ぐ広い爆発限界の範囲を持つ。
title: メタン
text: メタンの常圧での融点は −183 °C、沸点は −162 °Cであり、常温常圧では無色、無臭の気体として存在する。メタンは常圧での沸点が比較的低いうえに臨界温度も-82.4 °Cと低いため、20世紀中頃の技術ではメタンを液化したまま安定的に貯蔵・運搬することが難しかった。そのため、当時は産地から気体のままパイプラインで輸送できる場所で利用されることがせいぜいであった。なお、常温常圧では空気に対するメタンの比重は0.555であり、アルカンの中で唯一空気の平均密度よりも軽い。
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: 諸橋襄
text: 一般に、空気よりも燃焼を促進する物質をいう。助燃性を示す気体としては、酸素・オゾン・亜酸化窒素・一酸化窒素・二酸化窒素・フッ素・塩素・二酸化塩素・三フッ化窒素・三フッ化塩素・四塩化ケイ素・二フッ化酸素・ペルクロリルフルオリドなどがあり、これらとその他のガスとの混合物も助燃性を示す。助燃性は ISO 10156:1996「ガスおよびガス混合物-シリンダー放出弁の選択のための着火および酸化能力の決定」の方法にしたがって定量的に判断される。助燃性ガスのボンベなどには「円上の炎」の絵表示が付けられる。
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: 鉛蓄電池
text: 水系の電解液を使用しているにも関わらず水が電気分解する電圧(1.23V)よりも高い電圧(約2V)にできるのは、負極材である鉛の水素過電圧が大きく、水素イオンが水素分子となりにくいためである。
title: カロリック説
text: アントワーヌ・ラヴォアジエもまた、熱物質説をとった科学者であったが、フロギストン説には疑問を感じていた。彼は、金属を燃焼すると質量が増すという実験結果などを元に、当時まで信じられてきたフロギストン説を否定した。そして、物質の燃焼において中心的な役割をするのは、物質に含まれるとされていたフロギストンではなく、空気中に含まれる酸素であると提唱した。その一方でラヴォアジエは、酸素は、現在考えられているような酸素分子ではなく、「酸素の基」と「火の物質」から成るものであると考えていた。そしてこの「火の物質」は、後にカロリックと呼ばれた。
title: ヘンリー・キャヴェンディッシュ
text: 1766年の論文で、亜鉛・鉄・スズに硫酸あるいは塩酸を加えると、可燃性の気体が発生すると発表した。この気体こそが水素である。しかしキャヴェンディッシュはフロギストン説を支持していたため、この気体は金属から発生したフロギストンであると考えた。さらにキャヴェンディッシュはこの気体の性質を調べ、これは通常の空気と比べて11分の1の質量しかもたないと発表した(現在の測定では、空気と水素分子の質量比は約14.4:1)。
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: 水素
text: 水素分子(水素ガス)を生じる化学反応は多岐にわたる。古典的には実験室において小規模に生成する場合、亜鉛やアルミニウムなど水素よりもイオン化傾向の大きい金属に希硫酸を加えて発生させる方法が知られている(キップの装置)。あるいは水酸化ナトリウムや硫酸などを添加して電導性を増した水や、食塩水を電気分解して陰極から発生させることもできる。
title: 大気光
text: 大気光を発生する機構の一つは、窒素と酸素が結びついて一酸化窒素(NO)を生成する反応である。このプロセス中に光子が放たれる。一酸化窒素分子の性質により、この光はいくつかの波長をとる。この反応で使われる窒素原子と酸素原子は、大気上層の窒素分子(N2)と酸素分子(O2)が太陽エネルギーで分解されることで発生し、それらが出合って一酸化窒素になる。大気光を発生させる他の物質としては、水酸基 、酸素、ナトリウム、リチウム(Li)などがある。
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: 酸素
text: 酸素は1771年、スウェーデンのカール・ヴィルヘルム・シェーレが酸化水銀(II)とさまざまな硝酸塩混合物を加熱する過程で発見した。シェーレはこの気体を「火素(fire air)」と名づけ1775年に論文を作成したが、出版社の都合で発表されたのは1777年となった。
title: 炭酸鉄(II)
text: 加熱によって200°C辺りから分解が始まり、490°Cで二酸化炭素の解離圧が1気圧に達し、同時に分解生成物である二酸化炭素と酸化鉄(II)の反応も進行して四酸化三鉄を生成する。
title: 重水素
text: 重水素原子が2つ結合した分子 (D2) も重水素と呼ぶ。常温、常圧で無色無臭の気体。融点 18.7 K、沸点 23.8 Kで、軽水素の分子 H2 の値(融点 14.0 K、沸点 20.6 K) に比べ高い。これは重水素原子が軽水素原子のほぼ2倍の質量があるためで、他の物理的性質も軽水素と異なり、また化学反応のしやすさも異なることがある(重水素効果)。例えば水を電気分解すると H2 の方が発生しやすいので重水が濃縮され、この方法で100 %の重水を製造することができる。なお一般に植物は軽水を吸収しやすい性質があるため、種類によっては7割近くまで重水を濃縮することが可能である。
title: 過酸化水素
text: ミイデラゴミムシは体内に過酸化水素とヒドロキノンを貯めておき、これらを反応させて敵に対し蒸気とベンゾキノンから成る100°C以上の気体を爆発的に噴射する。
title: ヘンリー・キャヴェンディッシュ
text: また水素と窒素(当時はフロギストン空気と呼ばれていた)を電気火花で反応させると、硝酸が生成することも発見した。そして空気中の窒素をこの方法ですべて反応させ、さらに酸素も取り除くと、あとには何物とも反応しない少量の気体が残ると記した。この気体は1世紀以上あとの1894年、ジョン・ウィリアム・ストラットとウィリアム・ラムゼーによって再確認され、ライナス・ポーリングによってアルゴンと名付けられた。
title: 元素分析
text: 有機物の精密な元素分析には、リービッヒ、デュマ、プレーグルらによって開発された燃焼法が一般的に用いられる。まずサンプルを酸素を混合したヘリウム気流下で、高温に加熱し(酸化炉)、構成元素のうち炭素はCO2、窒素はNOx、硫黄はSOx、水素はH2Oに変換する。このガスを別の炉(還元炉)に移し、Cu存在下加熱するとNOxが還元されてN2となる。このCO2、N2、H2Oを定量することによって、それぞれの元素の比率を算出する。したがって酸素は直接測定できない。また、燃焼して気化しない元素は灰分として残る。
title: マンガン
text: 比較的反応性の高い金属で粉末状にすると空気中の酸素、水などとも反応する。化合物は2 - 7価までの原子価を取り得る(+2、+3、+4、+6、+7 が安定)。地球上には比較的豊富に存在するが、単体では産出しない。二酸化マンガンを触媒とする過酸化水素の水と酸素への分解反応は、日本の義務教育課程で触媒の実験の題材とされるため非常に有名である。
title: 真珠母雲
text: 極成層圏雲は、低温であるほど発生しやすい。大気圏では、高度が高くなるほど紫外線が強いため、フロンやハロンが紫外線によって分解された塩素原子の量も、高度とともに増える。-70°Cから-80°Cにもなるような極地方の成層圏上空では、塩素原子や硫酸エアロゾルがラジカル反応によって硝酸塩や塩化水素を作り、固体(氷)となって凝結し極成層圏雲をつくる。この生成は冬季にピークを迎え、冬至を過ぎて太陽高度が上がり始め、気温が上昇してくると、今度は融解し始める。融解の際に、太陽光によって化学反応を起こし、硝酸に変わるとともに塩素原子ができる。この塩素原子がオゾンを破壊する直接の原因となる。
title: 血液
text: 身体中ではさまざまな酸が発生しているが、特に呼吸を代表とする酸化反応による二酸化炭素(炭酸ガス)の発生は莫大であり、これは血液に溶解して大量の炭酸となる。これでは酸性になってしまうので、炭酸から炭酸ガスを遊離する方向に緩衝反応が進み、その結果発生した炭酸ガスは呼吸中枢を刺激し、呼吸が激しくなって肺から排出される。
title: カール・ヴィルヘルム・シェーレ
text: 1771年 - 1772年に軟マンガン鉱を濃硫酸に溶かして加熱し、発生した気体を動物の膀胱で作った袋に蓄えた。ろうそくの火にこの気体を吹き付けると明るく輝くことを発見し、濃硫酸 (vitriol oil) の名前から「ビトリオル空気」(後に「火の空気」)と呼んだ。これが今で言う酸素である。酸化水銀(II)や硝石の加熱によっても同じ気体を回収している。1773年の時点で実験をすべて完了した。シェーレはこれらの実験結果を「熱は『火の空気』とフロギストンからなり、酸化水銀(II)の実験は熱によって『火の空気』が追い出される現象である」と解釈した。
title: チオチモリン
text: 1947年、コロンビア大学で生化学の博士論文のための研究に勤しんでいたアシモフの日課の一つに、カテコールの水溶液を大量に作る作業があった。カテコールは極めて水に溶けやすい物質であり、水面に達するや否やきれいさっぱり溶けてしまう様子を見ていたアシモフの頭に、「もし溶解度が更に大きければ、水に入れる前に溶けてしまうのではないだろうか」というアイデアが浮かんだ。
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: フロギストン説
text: さらにこの実験から、ラヴォアジエは自らの説の問題点を解消することができた。金属に酸を加えたときに発生する気体(水素)は、金属ではなく、酸の溶液の中に含まれる水に由来するものだととらえればこの現象が説明できたのである。つまりラヴォアジエの説によれば、金属に酸を加えると、
title: 硝酸
text: 二酸化窒素を水(温水)と反応させると硝酸と一酸化窒素が発生する(一酸化窒素は最初のサイクルに戻る)(冷水との反応は「二酸化窒素」を参照)。常圧で反応させた場合は硝酸の濃度が低いため、ポーリング式硝酸濃縮法と呼ばれる方法を用いて硝酸濃度が 98 %になるまで濃縮が行われる。また、10 気圧 (10 Pa) ほどの圧力を加えて反応させる高圧法を用いれば、濃縮の必要なく直接 98 %の硝酸が得られる。
title: フロギストン説
text: シェーレがこの考えに至った理由は、燃焼による大気中の質量の減少にあった。シェーレは酸素を「火の空気」、窒素を「よごれた空気」と呼び、大気はこの二つの空気から成ると考えていた。そして、閉ざされた容器内で物を燃焼させると、容器内の空気の体積が減少し、質量も少なくなることに気付いた。体積が減るのは、燃焼と共に放出されるフロギストンが火の空気と結合して凝縮するためだと理由づけられたが、それだとフロギストンの分だけ質量は増えなければならず、説明がつかなくなってしまう。また、シェーレは容器の内部や外部に火の空気やフロギストンを見つけることができなかった。そこでシェーレは、火の空気は燃焼によってフロギストンと結合し、熱となって外部へと逃げたと判断した。すなわち、
title: マリー＝アンヌ・ピエレット・ポールズ
text: フロギストン説とは、燃焼の際にフロギストン(燃素)という物質が放出されるという説で、当時としては燃焼を説明する主流の説であった。しかしアントワーヌは自らの実験などからこの説に異を唱え、燃焼の際には物質が酸素と結びつくと考えた。
title: リチウム
text: イオン化傾向が大きく、酸化還元電位は全元素中でももっと低い-3.045Vであるが、水との反応性はアルカリ金属中ではもっとも穏かである。それでも多量のリチウムと水が反応すると発火する。
title: 亜鉛
text: 亜鉛は水銀などと同様に水素過電圧の大きな電極であり(約0.7 V; 1 N H2SO4)相対的に水素分子を発生しにくい電極である。つまり水素過電圧は電極の表面状態、電流密度、温度などで変化するので条件によっては水素よりも標準酸化還元電位が大である亜鉛が水溶液から析出したり電解めっきすることが可能になる。すなわち、亜鉛の表面では水素イオンが電子により還元されてから水素分子が生成する多段階反応が律速となるため、低電流領域では陰極電位がZn の平衡電位に到達せず水素が発生するものの、高電流領域では二水素生成が飽和することで陰極電位が上昇し(水素過電圧)亜鉛が析出する現象が見られる。また陰極上に生成吸着した Zn(OH)2 が水素析出抑制剤として作用するとも考えられている。
title: 一酸化窒素
text: 一方、二酸化窒素は紫外線を受け一酸化窒素と原子状酸素になり、この原子状酸素がオゾンなど酸化物質(オキシダント)を生成するが、一酸化窒素が二酸化窒素に酸化される反応は、非メタン炭化水素(NMHC)が光反応により酸化した物質の存在下で加速するため、反応が連鎖的に進行し、光化学スモッグを引き起こす原因となる光化学オキシダントを生成する。
title: 炭酸カルシウム
text: 加熱することにより酸化カルシウムと二酸化炭素に分解する。二酸化炭素の解離圧が1気圧に達するのは 898 °C である。
title: 潮解
text: 潮解(ちょうかい)は物質が空気中の水(水蒸気)をとりこんで自発的に水溶液となる現象のこと。 潮解は、結晶表面に微小体積の飽和水溶液があり、その飽和蒸気圧が大気中の水蒸気圧より小さいときに起こる。大気中の水蒸気が飽和水溶液表面に取り込まれ、飽和水溶液が薄まる。しかし結晶の物質量は十分に大きく多少の水が結晶を溶かしても結晶が溶け尽くすことはない。したがって飽和水溶液の量は増え続け、やがてすべての結晶を溶かし、さらにその溶液の水蒸気圧が大気中の水蒸気圧と等しくなるまで薄まっていく。そうなると、それ以上の水の吸収は停止する。
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: 気体
text: 1787年、フランスの物理学者で気球で知られるジャック・シャルルは、酸素、窒素、水素、二酸化炭素、空気といった気体が80ケルビンの温度差で体積が等しく膨張することを発見した。
title: ペーテル・フェラネツ
text: 極性を持った物質の例として水(H2O)が挙げられる。水分子において酸素(O)の原子核は水素(H)の電子を引き付けるため、酸素は負の電気的な偏りを持ち、逆に水素は正の電気的な偏りを持つことになる。
title: 第1族元素
text: また、空気中で燃焼させるとリチウムでは主に酸化物を生成するが、主にナトリウムでは一般式 M2O2 であらわされる金属過酸化物を形成し、カリウム以上の周期の元素の場合は一般式 MO2 で表される金属超酸化物を形成することも知られている。これは、イオン半径の大きな陽イオンほど、格子エネルギー効果によって対となる大きな陰イオンを安定化させることができ、不安定な過酸化物イオンや超酸化物イオンとでも安定な化合物が形成できるためである。過酸化リチウムを形成するためには過酸化水素と反応させる必要があり、超酸化ナトリウムを形成するためには高温高圧の条件が必要となる。アルカリ金属元素の超酸化物は全て常磁性体であり、歪んだ塩化ナトリウム型構造を取る。また、アルカリ金属の水酸化物とオゾンとの反応によってオゾン化物が形成される。このオゾン化物の安定性もまた、対となる陽イオンのイオン半径の大きさに比例する。
title: ネオン
text: 同じ質量で気体・液体の体積比率差が大きいこともネオンの特徴である。通常の気体:液体比率が500 - 800倍なのに対し、ネオンは1,400倍にもなる。そのため貯蔵性・輸送性に優れる。また、ネオンは窒素分子に近い密度があるため、酸素とネオンを混合して作った人工空気の中では、ほとんど音速が変化しない。よって、酸素とヘリウムの混合気のような声の変化は起こさない。この特徴を生かして大深度潜水のテクニカルダイビングや宇宙で使用されることもある。