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ふと疑問に思ったのでWIKIで調べてみたのですが、

H2Oとは
「水が、H(水素原子)2個とO(酸素原子)1個が結合してできていることを表す。」

逆に水素原子2個と酸素原子1個を結合させて人為的に水を作るといったことは可能なのでしょうか。
もしかしたら中学生で習うようなことなのかもしれませんが皆様ご教授願います。

A 回答 (7件)

極端にいえば「水素原子 2個と酸素原子 1個を結合させて水分子 1個を作る」ことは可能です. ただし, こうしてできた「水分子」はたしかに身の回りにある水の (最小の) 構成単位ではありますが, 水の性質をそのまま保持しているわけではありません. なぜなら, 普段目にする水の物性は水素結合が大きく影響しているからです. 少数の水分子しかない場合には水素結合が十分に作れないので物性がかなり異なるということになります.


なお, 水に限らず構成単位である原子や分子の数が少ない場合には普段見ることのできない現象が現れます. この辺は「ナノテクノロジー」の 1つの分野となっています.
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

水分子1個作っても我々が普段目にする水とは異なる性質なのですね。
うまく言葉にできずに質問できなかったことを回答頂き驚きました。

お礼日時:2009/03/16 08:46

質問者hamnibal2様、この回答場所を用いてお詫び致します。


yukimin387様のご指摘通り、教室ほどの広さでは、水一滴ということはありえないことを、ここに表します。

yukimin387様、ご指摘ありがとうございます。以後、Q&Aで回答するときには、良く吟味して回答致します。
すみませんでした。
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>ええとね、hamnibal2さんが通っていた学校の教室に、水素と酸素を目一杯入れて、火を点けて化学反応させたとして、どの位の水が出来上がるかと言うと、「一滴の水」なんだ。

これでは効率が悪いですね。

これおかしくないですか?
コップ1杯の水が200mLだとすると、200gで11.1molになります。
これを作るのに必要な水素と酸素の合計物質量は1.5倍の16.7mol。
25℃、1気圧で1molの気体は24.8Lなので414L。
一方一辺1mの立方体の体積は1m^3=1000Lです。これでコップ2.5杯ぐらいはできますね。
教室が一辺1mの立方体より小さいわけないですからもっと大量にできると思うのですが。
私の考え、どこか間違ってるでしょうか。
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できないことは有りませんが


6の後ろに0を23個付けた数の水素分子を集めてもたった2グラムにしかなりません
そんな小さいものを反応させるのは並大抵じゃありませんね
それでも何とか実現できたとすると
酸素分子なら32グラム
そのような水素分子を二個、酸素分子を1個反応させると2分子の水ができます
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

水素と酸素から水を作り出すのは多大な労力が必要なのですね。
水の調達が不可能な場所で、この方法で水を作り出す研究もしているのかなとも考えたのですが効率悪すぎるようですね。

お礼日時:2009/03/16 08:40

こんにちは~。

では書いてみましょう^^。

人為的と言うと、「電子顕微鏡を持ってきて極細のピンセットで作成」というイメージを思いましたが、これは今のところ不可能ですね~。小さすぎますし(笑)。
また、電子(原子の部品ね)の性質から言っても、無理かと^^。

 酸素が存在する場所で水素に火を点ければ、爆発することは知ってるね。これは水素原子と酸素原子が結合する課程で起こる化学反応なんだ。理屈としては、これが答えなんだけど~~、

 ええとね、hamnibal2さんが通っていた学校の教室に、水素と酸素を目一杯入れて、火を点けて化学反応させたとして、どの位の水が出来上がるかと言うと、「一滴の水」なんだ。これでは効率が悪いですね。

 コップいっぱいに水を作るには、どれほどの水素と酸素が必要なのか? そう考えると頭が痛くなります。
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この回答へのお礼

回答頂きましてありがとうございます。

内容をそこまで細かく考えずに質問してしまいました。
申し訳ありません。
「人間が装置などを使用した上で水を生産することができるのか」
を知りたかったのです。
たしかにピンセットでは不可能な気がします。。

コップ一杯の水を生産するのに必要な水素と酸素が想像を越える量でしたので驚きました!

お礼日時:2009/03/13 17:35

次世代のエコ燃料自動車として注目を集めている「燃料電池」の原理を参照下さい。


まだ実用化実験段階ですが、水素を酸素と結合させて発電しています。そのため、この電池を使うと「水」が副産物として作られるのです。
この仕組みこそ、あなたが疑問に思われた化学反応です。
http://www.gas.or.jp/fuelcell/contents/01_1.html
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この回答へのお礼

参照URL見させていただきました。

恥ずかしながら知識がなく表面でしか理解できないのですが結果として可能なのですね。
自動車産業とは近い業界で働いているので興味深く拝見させていただきました。
ご回答ありがとうございました。

お礼日時:2009/03/13 17:21

難しい諸事情を抜きにして、単純に水素を酸素で燃やせば当然水が出来ますよ。


中学校に理科の実験でも行いますね。

それとも本当に水素2個と酸素1個だけを用意して結合したい、っていうのならまた話は変わりますが…
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

中学で実験していたとは・・・
全く記憶にありませんでした。。

お礼日時:2009/03/13 17:12

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中学2年生だということを考慮して、例を出して説明します。
頭に「スーパーのお惣菜パック」を思い浮かべてください。
厳密な説明をするとおそらく理解しきれないでしょうから、今はあなたの疑問を解消するための説明をします。

Ag2O とは「Ag 2個とO 1個がパックになっている」という意味です。
(基本的に、小さな数字は「その直前に書いてある原子」が何個あるのか、を表します)
で、前に書いてある大きな数字は「そのパックが何個あるのか」を表すので、あなたの書いてあるように2(Ag2O)という解釈であっているのですよ。

Ag のように別にパックにする必要がないものまで「Ag2」と書く必要はありませんよね。
なぜかというと、Agは1個だけで存在できるものだからです。
こういう金属については、1個だけでも問題なく存在できるのですが
H2のように、2個セットじゃないと存在できないものもあるわけです。

2Ag2→「Ag 2ついり」というパックを2個もってきた状態
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Agは2個いりとか4個いりとかいうパックを作れませんから
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蛇足になるのかもしれませんが
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パックの中身は決まっているのです。勝手に変えることはできません。
Oについては、「O 2個いり」(このパックを「酸素分子」「酸素ガス」といいます)
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中学2年生だということを考慮して、例を出して説明します。
頭に「スーパーのお惣菜パック」を思い浮かべてください。
厳密な説明をするとおそらく理解しきれないでしょうから、今はあなたの疑問を解消するための説明をします。

Ag2O とは「Ag 2個とO 1個がパックになっている」という意味です。
(基本的に、小さな数字は「その直前に書いてある原子」が何個あるのか、を表します)
で、前に書いてある大きな数字は「そのパックが何個あるのか」を表すので、あなたの書いてあるように2(Ag2O)という...続きを読む

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Aベストアンサー

イオン化エネルギー(単位はkJ/mol)

H  1312

Na 495  4562  6911
Mg 737  1476  7732

K  419  3051  4410
Ca 589  1145  4910

He  2373  5259
Ne  2080  3952
Ar  1520  2665 

1.不活性元素(希ガス)の電子配置から先に行くのは難しいのが分かります。
  Na^2+は存在しないだろうというのはエネルギー的な判断として可能です。

2.Ca^2+を実現するために必要なエネルギーはNa^+を実現するために必要なエネルギーよりも2倍以上大きいです。でもCa^2+は安定に存在します。これはイオン化エネルギーの大きさだけでは判断できない事です。
CaOとNaClは結晶構造が同じです。融点を比べると結合の強さの違いが分かります。
NaCl 801℃   CaO  2572℃

CaOの方が格段に結合が強いことが分かります。
結合が強いというのを安定な構造ができていると考えてもいいはずです。
NaClは(+)、(-)の間の引力です。CaOは(2+)、(2-)の間の引力です。これで4倍の違いが出てきます。イオン間距離も問題になります。Ca^+には最外殻のs軌道に電子が1つ残っていますからCa^2+よりも大きいです。荷電数が大きくてサイズの小さいイオンができる方が静電エネルギーでの安定化には有利なのです。
Fe(OH)2よりもFe(OH)3の方が溶解度が格段に小さいというのも2+、3+という電荷の大きさの違いが効いてきています。サイズも小さくなっています。

イオンは単独では存在しません。必ず対のイオンと共に存在しています。
水和されていると書いておられる回答もありますが対のイオンの存在によって安定化されるというのが先です。
水溶液の中であっても正イオンだけとか負イオンだけとかでは存在できません。水和された正イオンと水和された陰イオンとが同数あります。水和された負イオンの周りは水和された正イオンが取り囲んでいます。液体の中にありますからかなり乱れた構造になっていますが正負のイオンが同数あって互いに反対符号のイオンの周りに分布しているという特徴は維持されています。

3.d軌道に電子が不完全に入っている元素を遷移元素と呼んでいます。
  「遷移」というのは性質がダラダラと変わるということから来た言葉です。普通は族番号が変われば性質が大きく変わります。周期表で横にある元素とは性質が異なるが縦に並んでいる元素とは性質が似ているというのが元素を「周期表の形にまとめてみよう」という考えの出発点でした。だから3属から11族を1つにまとめて考えるという事も出てくるのです。
 性質が似ているというのは電子の配置に理由があるはずです。電子は最外殻のsに先に入って後からdに入ります。エネルギーの逆転が起こっていますが違いは小さいものです。まず外の枠組み(s軌道)が決まっている、違いは内部(d軌道)の電子の入り方だけだというところからダラダラ性質が変わるというのが出てきます。M^2+のイオンがすべて存在するというのもここから出てきます。11族の元素に1+が出てくるのは内部のd軌道を満杯にしてs軌道電子が1つになるというからのことでしょう。これは#7に書かれています。でもそれがなぜ言えるのかはさらに別の理由が必要でしょう。
 s軌道の電子が飛び出してイオンができたとすると残るのはd軌道の電子です。イオンのサイズがあまり変わらないというのはここから出てきます。
 イオンの価数の種類が1つではないというのも遷移元素の特徴です。エネルギーにあまり大きな違いのないところでの電子の出入りだという捉え方でもかまわないと思います。イオン単独で考えているのではなくてイオンが置かれている環境の中で考えています。イオン化エネルギーの大小だけではありません。
 色が付いている化合物が多いというのもエネルギー的にあまり大きな違いのない電子配置がいくつか存在する、そのエネルギー状態は周囲の環境によって割合と簡単に変化するという事を表しています。普通なら電子遷移は紫外線の領域です。可視光の領域に吸収が出るのですから差の小さいエネルギー準位があるという事です。この色が周りに何があるかによって変化するというのも、変動しやすいエネルギー順位があるという証拠になるのではないでしょうか。酸化銅、硫酸銅、塩化銅、硝酸銅、結晶の色は異なります。水和された銅イオン、アンモニアが配意した銅イオンもはっきりとした色の違いがあります。

4.今考えているイオンの電荷は実電荷です。酸化数は実電荷に対応しているとは限りません。
 単原子イオンの酸化数はイオンの価数そのままですが、単原子イオンではない、分子中の原子、または多原子イオンの中の原子の酸化数は形式的に電荷を割り振ったものです。イオンでないものであってもイオンであるかのように見なしているのです。「Cr^(6+)」が存在するなんて書かれると「????」となってしまいます。Cr2O3の融点が2436℃、CrO3の融点が196℃であるという数字から考えるとCrO3はイオン性ではありません。無水クロム酸とも言われていますがCrO4^2-の中の結合と同じであろうと考えられます。
 CO2はC^(4+)1つとO^(2-)2つが結合したものと教えている中学校があるように聞いていますが困ったことです。「硫酸の中の硫黄の原子価は6+である」と書いてある危険物のテキストもあります。酸化数と原子価の混同はかなり広く見られることのようです。Cr^6+ という表現はそれと同列のことですから堂々と回答に書かれては困ることです。

イオン化エネルギー(単位はkJ/mol)

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Na 495  4562  6911
Mg 737  1476  7732

K  419  3051  4410
Ca 589  1145  4910

He  2373  5259
Ne  2080  3952
Ar  1520  2665 

1.不活性元素(希ガス)の電子配置から先に行くのは難しいのが分かります。
  Na^2+は存在しないだろうというのはエネルギー的な判断として可能です。

2.Ca^2+を実現するために必要...続きを読む


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