クイズ問題: 水を電気分解したときに、陰極に発生する気体は水素ですが、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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 液体
text: 多くの気体は冷却によって液化でき、液体酸素、液体窒素、液体水素、液体ヘリウムなどの液体を作ることができる。常圧では液化できない気体もあり、例えば二酸化炭素は5.1気圧以上でないと液化できない。
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: カール・ヴィルヘルム・シェーレ
text: さらに水素と空気の燃焼実験により、「火の空気」が空気の約1/5の体積を占め、空気の主成分が「火の空気」ともう一種類の気体(窒素)であることも見出した。
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: 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: 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: 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: 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: 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: メタン
text: また、メタンを完全燃焼させると、1 molの二酸化炭素と2 molの水になる。
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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: ネオン
text: ネオンは窒素や酸素よりも原子番号が大きく、原子1つを比べた場合は、ネオンの方が重い。しかし、ネオンは地球の地表付近でも単原子分子として存在できるのに対し、同じ条件で窒素や酸素は二原子分子として存在する。気体は同一体積当たりの分子数がおおよそ等しいので、ネオンは地球の地表付近の空気の大部分を占める窒素分子や酸素分子よりも軽く、このため、ネオンの気球はヘリウムと比べればゆっくりであるが上昇する。
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: 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: 大涌谷
text: 1960年代に地質調査所(現在の地質調査総合センター)により複数地点を対象として行われた調査結果によれば、噴出温度は 95°Cから143°C、成分の約98%は水 (H2O) で、他に硫化水素(H2S)、二酸化炭素(CO2)、亜硫酸ガス(SO2)の他微量の単体ガス成分として水素 (H2)、窒素 (N2)、ヘリウム (He)などが含まれる。またガスを凝縮した水分は、pH1 - 4 と強い酸性を示し、硫黄イオン、塩素イオン、鉄イオン、カルシウムイオンなどを含んでいる。
title: オゾン
text: オゾン(ozone)は、3つの酸素原子からなる酸素の同素体である。分子式はO3で、折れ線型の構造を持つ。腐食性が高く、生臭く特徴的な刺激臭を持つ有毒な気体である。地球の大気中にとても低い濃度で存在している。
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: アルカン
text: 全てのアルカンは燃焼によって酸素と反応するが、炭素数が増すにつれて着火が困難になる。完全燃焼した場合の一般式は以下のように表され、二酸化炭素と水が生成する。
title: 地球の大気
text: 水素を失った大気では、一酸化炭素が水から酸素を奪って二酸化炭素になり(太陽に近い地球ではメタンは大気の主成分にはならなかった)、高温によりアンモニアから窒素分子と水素分子が生成された。こうして新たに生じた水素も散逸し、原始大気の主成分は二酸化炭素、水蒸気、窒素となった。やがて太陽風は太陽の成長とともに次第に弱くなってくる。原始大気は100気圧程度もあり、高濃度の二酸化炭素が温室効果により地球が冷えるのを防いでいた。現在の金星の大気に近いものであったと考えられている。この頃の大気に酸素はほとんど含まれない。太陽からの紫外線により水蒸気が光解離して酸素を形成した過程はあるものの、地殻を構成する鉄などの金属のほとんどは還元状態にあり、酸素は酸化に使われすぐに消費されて大気中にはほとんど残らなかったためである。
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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 倍数比例の法則
text: 例として、炭素と酸素からなる2つの化合物として、一酸化炭素と二酸化炭素をとりあげる。一酸化炭素28 gと二酸化炭素44 gは、それぞれ同量の炭素12 gを含んでいる。一酸化炭素28 gには酸素16 gが含まれ、二酸化炭素44 gには酸素32 gが含まれる。すなわち、一定量の炭素を含む一酸化炭素と二酸化炭素それぞれに含まれる酸素の質量の比は、1:2 という比で表される。
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: 酸素
text: これに対し、外部から高エネルギーが加わり不対電子のひとつがスピンを逆方向へ変え、全スピン量子数が0となった酸素を一重項酸素といい、有機化合物との反応性が高い。自然界で一重項酸素は、光合成の過程で水から作られたり、対流圏で短波長の光によってオゾンの分解から発生したり、または免疫システムの中で活性酸素の原料として用いられたりする。
title: 燃焼
text: 水素ガス(H2)の燃焼が最も単純なため(理由は、反応には水素と酸素の2種類の元素のみが関わるため)、まず水素の燃焼機構について記す。
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: ブタン
text: 十分な酸素がある場合、ブタンは燃焼により二酸化炭素と水を生成する。酸素が不足した場合は不完全燃焼が起こり、すすや一酸化炭素もともに生成してくる。
title: 水の性質
text: 液体の状態では 10 (mol/dm) (25 °C) が電離し、水素イオン(正確にはオキソニウムイオン)と水酸化物イオンとなっている。
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: アルカリイオン水
text: アルカリイオン水は、水道水の電気分解により、H2Oから生じる水酸化イオン(OH)と水素ガス(H2)を含んでいる。濃度0.3〜0.5mg/L ほどの水素(H2)を含有する。微小水素気泡は1日放置後にも安定して存在する。 この水素は、アルカリイオン水の効果効能の要因としてpH以外の仮説となっている。
title: エース・クラッシャー
text: ロンドン力は、問題とする原子または分子が大きくなるに従って強くなる。これは、電子の分布がより一様でなくなる確率が高くなるからである。たとえば、ハロゲン分子間のロンドン力は、小さいほうから順にフッ素(F2)、塩素(Cl2)、臭素(Br2)、ヨウ素(I2)である。これはフッ素、塩素が室温で気体であるのに対し、臭素は液体、ヨウ素は固体であることとも対応している。ロンドン力はまた、分子の表面積が大きくなると強くなり、したがって分子間距離が近くなる。
title: 一酸化炭素
text: 炭素や、それを含む有機物が燃焼すると二酸化炭素が発生するが、酸素の供給が不充分な環境で燃焼(不完全燃焼)が起こると一酸化炭素が発生する。さらに高温あるいは触媒存在下では C と CO2 とに分解(不均化)し、一酸化炭素自身も酸素の存在下で青い炎を上げて燃焼する。
title: 木星の大気
text: ほとんどが水素分子とヘリウムから構成され、大気における両者の比率は太陽とほぼ同じである。メタン、アンモニア、硫化水素、水等のその他の化学物質も少量存在する。水は大気の深くにあると考えられているが、直接測定される量は非常に少ない。酸素、窒素、硫黄、希ガスの量は、太陽より3倍程度多い。
title: オゾン
text: 常温常圧では薄青色の気体である。沸点−111.9 °C (161.25 K) で紺色の液体となり、凝固点-197.2 °C (75.95 K) で濃紫色の固体となる。中心の酸素原子と両端の酸素原子の結合は2本とも等価で、オゾン分子は O=O-O と O-O=O の2つの極限構造からなる共鳴混成体であると考えられる。
title: ラドン
text: ラドンは無味無臭、無色の気体であるため、人間が知覚することはできない。標準状態では単原子分子として存在しており、その密度は9.73 kg/mと海面における大気の密度1.217 kg/mのおよそ8倍である。標準状態では無色であるが、-71.15 °C(202 K)の融点以下まで冷却して固体状態になると黄色から赤橙色の鮮やかな放射線ルミネセンス(英語版)を発する。また、結露して液体状態になると青色から薄紫色に発光する。水に対するラドンの溶解度は他の貴ガス元素と比較して、キセノンの約2倍、クリプトンの約4倍、アルゴンの約8倍、ネオンやヘリウムの約20倍である。有機溶剤やプラスチックに対するラドンの溶解度は水に対するそれよりも約50倍大きい。
title: 空気
text: また、窒素、酸素、二酸化炭素のほか、アルゴン、クリプトン、キセノン、ネオンなどの大気中に含まれる成分は、空気を利用して冷却・圧縮、化学吸着、膜分離等の方法で産業用に製造されるものがある。
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: 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: 亜酸化窒素
text: 常温常圧で、無色で反磁性の気体。香気と甘味がある。麻酔作用がある。形式的には次亜硝酸の無水物に相当するが、常温において一酸化二窒素は反応性の低い気体であり水と反応することはない。またハロゲンとは反応しない。しかし高温では助燃性を発揮し、アルカリ金属および有機物などは一酸化二窒素中で燃焼する。窒素原子の酸化数は形式的には+1であるが、亜酸化窒素の構造を考慮すると、末端の窒素に酸化数0を、中央の窒素に酸化数+2を割り振ることができる。
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: 気体反応の法則
text: 例えば、水素と酸素が反応して水蒸気ができる場合、これらの体積の間に
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。
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: 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: 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: 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: 白金ナノ粒子
text: 電気化学の教科書的な理解によると、様々な金属を使って水の電気分解による水素発生が調査されているが、白金は最も大きな反応速度を示す。電気分解によって目に見えるほど溶解する鉛や鉄と違い、腐食や溶解は起こらないとされる。電極表面の白金原子Ptは水素原子Hと結合し、水素原子と白金原子が結合しているPt-Hとなる。これは水素原子と水素原子が結合しやすい環境である、結合した場合、水素分子H2となり水素ガスが発生する。
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: ヨウ化マグネシウム
text: 水に溶解しやすく、エタノール、エーテル、アセトンおよび液体アンモニアにも溶解する。空気中では徐々に酸化されヨウ素を生じて黄色を帯びる。
title: 一酸化窒素
text: 常温で無色・無臭の気体。水に溶けにくく、空気よりやや重い。有機物の燃焼過程で生成し、酸素に触れると直ちに酸化されて二酸化窒素 NO2 になる。硝酸の製造原料。光化学スモッグや酸性雨の成因に関連する。また体内でも生成し、血管拡張作用を有する。窒素の酸化数は+2。
title: 液体ヘリウム
text: ヘリウムは、-269 °C(約4 K)という極低温で液体として存在する。ヘリウムの安定な同位体には大多数を占めるヘリウム4と非常に希少なヘリウム3の2種類しかないが、沸点や臨界点は、同位体によって異なる。1気圧、沸点でのヘリウム4の密度は、約125 g/lである。
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: アンモニウム
text: アンモニアがアンモニウムイオンを形成する割合は、溶液のpHに依存する。pHが低い時は平衡は右に動き、より多くのアンモニアがアンモニウムイオンに変わる。pHが高い、つまり水素イオン濃度が低ければ平衡は左に動き、水酸化物イオンがアンモニウムイオンからプロトンを引き抜き、アンモニアを形成する。
title: アルゴン
text: 空気中(地表)に 0.93% 含まれているので、アルゴンは空気から液体酸素・液体窒素を分離精製する際に、酸素から分留して得ることができる。
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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 地球温暖化の原因
text: 二酸化炭素やメタンに比べ、水蒸気は大気中に存在する量も、赤外線の吸収量共に桁違いに多い。二酸化炭素の吸収できる赤外線の波長域は限られているが、赤外線の吸収率から言えば、メタンは二酸化炭素の40倍以上であり、水蒸気はさらに高い。その一方、水蒸気は地上付近で熱を奪って蒸発し、雲となって日光を遮るなど、温暖化を強く抑制する働きも持つ。代表的な例としては、下記のようなものがある。
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: 温室効果
text: 大気中に含まれる温室効果を促す原因物質を温室効果気体(温室効果ガス)と呼ぶ。主として水蒸気 (H2O)が挙げられるが、ほかにも二酸化炭素 (CO2) 、六フッ化硫黄(SF6)、対流圏オゾン、オゾン層破壊で知られるフロン類 (CFCs)、それらの代わりとして一時期用いられた代替フロン類、一酸化二窒素 (N2O)、メタン (CH4)、一酸化炭素 (CO) など、大気に微量に含まれ、分子の伸縮や折れ曲がりによって非対称な電荷分布を取りうる分子にも、同様の効果をもたらす性質がある。これらの気体の中で、現在の気候を維持している温室効果への寄与度がもっとも大きいのは水蒸気であり、また、同体積あたりの温室効果に寄与する度合い(温室効果係数)が二酸化炭素に比べて非常に大きいものも多い。牛のげっぷに含まれるメタンの増加による温室効果が話題となったこともある。
title: 木星
text: 木星の上層大気は、ガス分子構成比で88 - 92パーセントの水素と8 - 12パーセントのヘリウムガスが占める。元素単位でヘリウムは約4倍重いため、重量比では水素75パーセント、ヘリウム24パーセント、他が1パーセントである。内部は含まれる重い元素の比率が高まり、全体の重量比では水素約71パーセント、ヘリウム約24パーセント、他が5パーセントとなる。大気にはわずかなメタン、水蒸気、アンモニア、珪素化合物も含まれる。また、観測からエタン、硫化水素、ネオン、酸素、硫黄も確認された。大気最外層には凍ったアンモニアの結晶が漂っている。また、赤外線や紫外線測定から、微量のベンゼンやほかの炭化水素の存在も確認された。
title: 地球の大気
text: 地表付近の大気の主な成分は、比率が高い順に、窒素が78.08%、酸素が20.95%、アルゴンが0.93%、二酸化炭素が0.03%である。水蒸気は最大4%程度になるが1%を下回ることもあり、場所や時間によって大きく変動する。水蒸気の影響を除くため、一般的に地球大気の組成は「乾燥大気」での組成で表される。
title: 炭素循環
text: 大気圏中の炭素は気体、主に二酸化炭素ガスの状態で存在する。全大気のなかでは少量(増加しつつあるがおよそ0.04%)であるが、生命活動が維持されるための重要な役割を果たしている。大気中に存在する炭素を含む気体には、他にメタンやクロロフルオロカーボン(ほとんどが人為起源)があり、これらは全て温室効果ガスと呼ばれる。大気への放出はここ数十年劇的に増加し、地球温暖化の原因とされている。
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: 二酸化窒素
text: この平衡は高温になるにつれ二酸化窒素側に偏っていく。液体窒素などで急速に冷却すると固体の二酸化窒素が生成するが、この固体中にも四酸化二窒素は含まれている。
title: 光化学オキシダント
text: 工場や自動車から排出される窒素酸化物の大部分を占める一酸化窒素は、大気中で分子状酸素と反応して二酸化窒素となるが、この反応は太陽光の照射下で非メタン炭化水素(NMHC)が存在すると著しく加速される。 二酸化窒素は紫外線エネルギーの吸収で一酸化窒素と原子状酸素に分解され、生成した原子状酸素は酸素分子と結合して強力な酸化性物質であるオゾンを生成する。 また、原子状酸素は炭化水素と作用して遊離基(ラジカル)を生成し、反応は連鎖的に進行する。
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: 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: 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。