水素化合物

ウィキペディア

索引トップ用語の索引ランキングカテゴリー

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2023/10/21 10:25 UTC 版)

金属の水素化物

主な金属の水素化物を示す。

性質

典型元素の水素化合物

典型元素の水素化物は、周期表の族に特有の性質を示す（詳細は下に示す各元素族水素化物の項に詳しい）。

第1族元素水素化物の性質 - ₁H, ₃Li, ₁₁Na, ₁₉K, ₃₇Rb, ₅₅Cs, ₈₇Fr
第2族元素水素化物の性質 - ₄Be, ₁₂Mg, ₂₀Ca, ₃₈Sr, ₅₆Ba, ₈₈Ra
第13族元素水素化物の性質 - ₅B, ₁₃Al, ₃₁Ga, ₄₉In, ₈₁Tl
第14族元素水素化物の性質 - ₆C, ₁₄Si, ₃₂Ge, ₅₀Sn, ₈₂Pb
第15族元素水素化物の性質 - ₇N, ₁₅P, ₃₃As, ₅₁Sb, ₈₃Bi
第16族元素水素化物の性質 - ₈O, ₁₆S, ₃₄Se, ₅₂Te, ₈₄Po
第17族元素水素化物の性質 - ₉F, ₁₇Cl, ₃₅Br, ₅₃I, ₈₅At

金属の水素化合物

金属との水素化合物では、水素の酸化数が −1 となっている。これらは金属陽イオンと水素化物イオン H⁻ のイオン性化合物、水素化物である。金属の水素化物は水と容易に反応して水素を発生する。

MH_n + n H₂O → M(OH)_n + n H₂

おもに有機化合物への還元剤、特に水素化試薬として用いる。

非金属の水素化合物

非金属との水素化合物では、水素の酸化数は +1 である。これらは水素化物イオンを持たないため、水素化物とは呼ばない。17族元素との水素化合物はハロゲン化水素と呼ばれ、フッ化水素が弱酸である他は全て強酸である。

また、炭素との水素化合物は炭化水素であり石油中に多くの種類が産出する。

エネルギー源としての水素化物

20世紀に入り石炭から石油へとエネルギー構造転換が起こった結果、水素化物である炭化水素が人類のエネルギー消費の大半を担うようになった。化石燃料である石油資源の枯渇は当初より問題視されていたが、21世紀の今日においても、炭化水素がエネルギーシステムにおける役割には依然として非常に大きいものがある。実際1940年代以降より炭化水素の代替となるエネルギーシステムが種々研究開発されてきたがいまだ決定的なものは見出されていない。

電力などエネルギーシステムの一部では原子力、太陽光、風力などの代替エネルギーの利用が進んではいるが、輸送など広く利用され経済性とポータビリティの両立が必要なエネルギーシステムにおいては、炭化水素の代替となるエネルギーシステムはいまだ見出されていない。

一部では、次世代のエネルギーシステムとして水素が脚光を浴びている。水素であれば熱機関のエネルギー源としても利用可能であるし、燃料電池の様に電力を発生させることも可能である。また、原子力、太陽光、風力のような巨大な発生装置と固定化されたエネルギー配給システムに依存しなくても良いという長所を持つため、水素エネルギーシステムは経済性やポータビリティーの面で次世代のエネルギーシステムの有力候補と考えられている。

しかしながら、現在の技術においてはポータビリティの面で水素は炭化水素を凌ぐものとはみなされていない。ポータビリティを満足するには、体積エネルギー密度、重量エネルギー密度の両方を満たす必要がある。水素の重量エネルギー密度そこガソリンの三倍程度であるが、体積エネルギー密度では炭化水素に及ばないため、貯蔵に大きな体積を必要とする。現在の技術レベルで最もエネルギー密度が大きくなる液体水素であっても、メタンガスや石油などの炭化水素のエネルギー密度に比べて4分の1程度でしかない。固体水素も存在するが、必要な温度は極端に低く、圧力は極端に高過ぎる為、現在の技術では製造も保管も困難である。

したがって、現在考えられている経済的に引き合う水素エネルギーシステムは、水素をエネルギー媒体とするのではなく、メタンから合成されるメタノールなど炭化水素を基盤として利用することが検討されている。しかしそのようなエネルギーシステムでは炭化水素エネルギーシステムと同義であることから、金属水素化物など水素源となりうる新規の水素化物が検討されている。

脚注