水素に関する5つの興味深い事実:
- 要素番号1は最初に発見された要素ではありませんでした。
- 水素は宇宙で唯一の「中性子を含まない」元素です。
- 水の中に水素が存在するのは、生命にとって不可欠な理由だけではありません。
- 水素はすでにあなたが使うすべてのものに電力を供給しています。
- 金属水素は室温で超伝導体である可能性があります…そして重力に逆らっています。
先週、私たちはあなたに強大な水素によって可能になる十の科学技術”初”をもたらしました。 今週、私たちは別のリストをフォローアップします：すべての原子の中で最も単純なものについてのあなたの一般的に保持されている信念に反する 水素は宇宙の他の要素のように振る舞うので驚きに満ちています。 あなたはそれが星の中で激しく燃えているのを見つけたり、静かに生命の分子を一緒に保持したり、まったく見つけたりすることはできませんが、
太陽の水素フレアのクローズアップ。 アメリカ航空宇宙局(NASA)の太陽力学観測所。 クリエイティブ-コモンズ-ライセンス。
今週の記事で興味深いと注目に値する水素についての興味深い事実が5つあります。
最初に発見された元素ではありませんでした
それは周期表の第一の位置に座っています。 一つの原子番号は、それがその核に一つの陽子を持っていることを意味します。 しかし、このナンバーワンの位置は欺いている：それは水素を発見するために私たちに何千年もかかりました。 想像するのは難しいですが、それらの中で最も豊富なものを検出する前に、18の他の要素が同定されました。 ここでは、水素の前に発見された元素の興味深いタイムラインです。 銅、鉛、金、銀、鉄、炭素、錫、硫黄、水銀、亜鉛、ヒ素、アンチモンはすべて古代に発掘されました。 これらの要素のほとんどは固体であり、純粋な形で自然界で容易に見つけることができるので、これは驚くべきことではありません。 文明が進歩するにつれて、人間が自然の状態からそれらを抽出するにつれて、より多くの要素が発見されました。 これは、16世紀以降に発見されたリン、コバルト、白金、ニッケル、ビスマス、マグネシウムの次の六つの元素の場合であった。 水素の時代は、1766年にHenry Cavendishが水素を分離して分離した物質として初めて特徴づけ、ガスを「可燃性の空気」と命名したときに来ました。「水素が燃焼したときに酸素と結合して水を生成することを彼が認識したのは15年後までではありませんでした。 キャヴェンディッシュは、実際には、物質だけでなく、要素を発見したことに気づいた。
水素は宇宙で唯一の「中性子のない」元素です
私たちは皆、学校でそれを研究しました：核を形成する単一の球形の陽子とその周りの軌道を記述する孤立した電子を持つ図。 中性子はない 一つの惑星の太陽系のように、水素原子はエレガントでシンプルです。 それは、実際には、このエレガントなシンプルさ（と中性子の欠如）は、科学者が亜原子の世界を理解するために何世紀にもわたって使用してきた水素 しかし、すべての水素が同じように作られるわけではありません。 1910年、イギリスの放射線化学者フレデリック-ソディは、すべての元素で起こる放射線の自然過程を観察しながら同位体を発見した。 彼は、このプロセスは、その重量（原子の核を形成する陽子と中性子の数）が異なるが、化学的に同一である原子につながる可能性があると指摘した。 Soddyは水素と協力して、中性子を持つ水素の同位体である重水素を発見しました（重水素とも呼ばれます）。 水素（H1）の最も一般的な形態は、核内に1つの陽子とその周りを周回する1つの電子を持っています。 その稀な形では、重水素（H2）は3つの粒子を持っています：1つの陽子、1つの電子、1つの中性子。 重水素は天然に存在し、0を含む。宇宙のすべての水素の015％。 興味深いことに、すべての水素物質における低いが一定の原始分率での重水素の存在は、ビッグバン理論を支持する主な議論の一つである。
水に水素が存在することだけが生命に不可欠である理由ではない
水は私たちが知っているように生命に不可欠です。 私たちが他の場所で人生を探すとき、私たちは水に従います。 火星と木星と土星を周回する衛星のいくつかの水の発見の後に数十の宇宙探査機が打ち上げられました。 ここ地球上では、科学者たちは、水の原始アミノ酸の混合物が何らかの電気化学反応によって”点火”されたときに生命が始まったと信じています。 その瞬間から、私たちの惑星上のすべての生命は水を使用しています。 すべての水分子は、酸素の一つの原子ごとに水素の二つの原子を持っているので、水素は生活のために必要であることになります。 しかし、水素は文字通り、生命を支える上で同じように重要な役割を果たしています。 水素はDNAに不可欠です。 分子の二重らせん構造は、水素結合によって一緒に保持されています。 具体的には、DNAの二本鎖は、相補的なヌクレオチド塩基対の間に生じる水素結合によって一緒に滞在する。 アデノシンとチミン塩基対の間には二つの水素結合があり、シトシンとグアニン塩基対の間には三つの水素結合がある。 分子の2つの腕を一緒に接着するこれらの水素結合がなければ、二重らせんはありません。
水素はすでにあなたが使うすべてのものに電力を供給しています
ある意味では、水素経済はすでにここにあります。 これは、伝統的なエネルギーや代替エネルギーを使用するかどうか、ガスに飢えたハマーや電気日産リーフを持っているかどうか、そしてあなたの屋根にソーラーパネルを持っているか、グリッドを使用しているかどうかにかかわらず当てはまります。 それはすべて太陽の中心から始まります。 太陽の核火災は水素をヘリウムに変換し、わずか8分でここに到着する光子の形でエネルギーを放出します。 何百万年も前、これらの光子は光合成のために古代の植物によって使用されました。 恐竜や他の生物は、これらの植物から供給され、彼らが死んだとして、彼らの炭素は、水と組み合わされ、今日の私たちの車や工場に電力を供給炭化水素（ これらの光子があなたの太陽電池パネルに当たった場合、それは最初の場所でそれらを生成した水素でした。 同じことが電気自動車や家電製品を充電する電気にも当てはまります：それはダム（H2O）の水によって生成されるか、ガソリンや天然ガス（炭化水素） この常に存在し、強大な要素は、クリーンで持続可能な方法で、水素燃料として、独自に私たちの社会に電力を供給するために、さらに行く可能性を保持し
金属水素は室温で超伝導体であり、重力に逆らう
数ヶ月前、Scientific Americanは”ガス状水素を固体金属に変えるレース”と題された興味深い記事を走らせた。「この記事では、金属水素が実験室で製造できる場合に持つであろう非伝統的な特性のいくつかを検討しました。 純粋な水素はガスです。 それを液体にするためには、高圧および極度の冷たい温度は要求される;そういうわけで貯え、運ぶことはとても高価である。 水素を金属にするには、水素が金属であると信じられている唯一の場所である星の中心に見られる圧力と同様に、巨大な圧力が必要です。 この記事では、いくつかの科学チームが、必要な圧力を適用するためにダイヤモンドとレーザーの使用をどのように検討し始めているかを説明します。 これまでのところ、彼らは惑星の中心での圧力を再現することができましたが、彼らは超流動の形で金属水素を見る前に行く方法を持っています。 この超流動金属は、いくつかの興味深い特性を有するであろう。 まず第一に、記事が述べているように、”金属水素が超流動である場合、研究者は理解に反する材料を手に持っているかもしれません。 私たちが知っているすべての超伝導体は固体であり、すべての超流動体は絶縁体です。 この液体水素は、同時に超伝導体と超流動体になるでしょう—このようなものはこれまでに観察されていません。「この超流動の他の型破りな性質が「重力に逆らう」という科学的な推測もありますが、それは純粋な推測の領域に私たちを連れて行くでしょう。 だから、金属水素を超伝導流体として残してみましょう、それはそれ自体で非常に印象的でユニークです。
1536年にスイスの錬金術師Paracelsusによって初めて観測されて以来、水素はほぼ500年間科学者に興味をそそられ、驚かせてきました。 アメリカの物理学者で著者のJohn Rigdenがそれを呼んだ「本質的な要素」は、私たちの作業仮定に絶えず反しており、自然界の内部の仕組みの理解を進めるた ナンバーワンの要素は、私たちが宇宙の奥深く、私たち自身のDNAの奥深くを見ることを可能にするだけでなく、今日直面している緊急の持続可能性の問
