単体陽子と単体電子は反応しますか？

陽子単体と電子単体の間での反応は有るのでしょうか？

単体陽子と単体電子は電気的にプラスとマイナスなので、中和反応のような反応は有るのでしょうか？

もし、反応した場合、やはり陽子単体、電子単体のときよりも安定になり反応熱を放出するのでしょうか、つまり、発熱反応するのでしょうか？（もちろん化学反応とは呼ばないと思いますが）

また、陽子単体と電子単体が反応した場合、反応物は何になるのでしょうか？（普通に水素でしょうか）


もし、反応して、かつ発熱反応だった場合、石油やウランに変わる、新たなエネルギー原になるのでしょうか？

No.1 回答者： Tacosan 回答日時： 2011/08/18 17:50

「単体陽子」「単体電子」「反応」が何を意味するか正確な記述が必要だけど, たとえば「陽子と電子がそれぞれ別々に存在する」状態よりは「水素原子となっている」状態の方がエネルギーが低いことは明らかでしょう.

この意味では「反応して、かつ発熱反応だった」といえるんだけど, これをエネルギー源にするためには「単体陽子」とか「単体電子」をどこかから調達しなきゃならない. そのあてはありますか?

あるいは, 陽子と電子をぶつければいろいろな素粒子を生成するかもしれません. それで「エネルギー源」になるかどうか知らんけど.

この回答への補足

ご回答して頂きありがとうございます！

つまり、陽子と電子が水素原子になっているほうが安定になる、その意味では発熱反応をするということですね、では、どの程度の熱を放出するのでしょうか、核分裂に匹敵するエネルギー量でしょうか？（化学反応によるエネルギーよりは遥かに大きいと思うので）

陽子と電子をぶつければ、反応物が水素原子だけでなく、いろいろな素粒子ということなのですが、核分裂反応のような人体に影響を及ぼすようなものなのでしょうか？


確かに、資源として陽子と電子が単体で存在していなければ、新たなエネルギー原とはならないと思いますが、資源として陽子、電子が単体として存在するような場所などはあるのでしょうか？


また、資源としては存在しなくても、例えば、化学反応よりは遥かにエネルギー密度が高いと思うので、ロケット燃料に使うなどには使えないのでしょうか？
（陽子と水素の反応物が、水素だけならとてもクリーンなエネルギー原になると思うので、例えば、二酸化炭素とか放射性廃棄物などが出ない）

補足日時：2011/08/18 19:38

No.2 回答者： rnakamra 回答日時： 2011/08/18 22:39

水素原子(陽子と電子1個ずつ)の基底状態のエネルギーが-13.6eV、これを陽子・電子ともに1molずつとしてばらばらの状態から基底状態に持っていったとして1.31MJのエネルギーが得られます。

さらにこれが水素分子に結合される際に52kJ(水素の結合エネルギー0.5mol分)のエネルギーが得られます。
合計で1.36MJ。

水素の燃焼熱が284kJ/molですので、約10倍のエネルギー密度があるといってよいでしょう。
(上記の計算は水素原子1mol、つまり水素分子0.5molであることに注意)

単位質量あたりとしてはなかなかなエネルギー密度でしょう。
もちろん、これがエネルギー源として使えるかというとまあ無理。どこかに単独で飛んでる陽子がいない限り夢物語に過ぎないでしょう。

あと、単独の陽子をどのように保管するかが大問題。電場か磁場で閉じ込める(普通の容器の閉じ込めると容器から電子を奪い容器が帯電するだけ)しかないが、閉じ込めるだけにエネルギーを消費してしまう。

エネルギー源としてよりも、惑星間移動時のエネルギー持ち運び手段としてなら考えようもあるが、同じ閉じ込め技術で反陽子を閉じ込めたほうがエネルギー密度は桁違いに高いためあまり意味はないと思う。

No.3 回答者： okormazd 回答日時： 2011/08/19 00:29

1.

水素原子の基底状態のイオン化エネルギーは、13.6eVです。要するに水素原子から陽子の束縛を振り切って、電子を解放し、水素原子をイオン化状態にするのに原子１個当たり13.6eVのエネルギーが必要ということです。逆に言えば、陽子に電子が束縛されて水素原子になると、13.6eVのエネルギーが出るということです。原子１個当たりだから、これは小さいが、水素原子1mol、すなわち1gあたりにすれば、
13.6[eV/個]×6.02×10^23[個/mol]×1.60×10^(-19)[J/eV]=1.31[MJ/mol]
のエネルギーが出ます。
水素分子の解離エネルギーは、436[kJ/mol]程度とされるから、水素分子1molを2molの水素原子に引き離すのに、436kJのエネルギーが必要で、逆に言えば、水素原子2molから1molの水素分子を作ると、436kJのエネルギーが出ることになる。水素原子1molあたりなら、218kJになる、結局、陽子1molと電子1molから、水素分子0.5molすなわち1gを作れば、1.5MJほどのエネルギーが得られることになる。

2.
原子核崩壊の1種に、電子捕獲というのがあります。これは、原子核が核外電子を取り込んで、結局、

陽子+電子→中性子+電子ニュートリノ　----(1)

となる反応です。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%AD%90% …

また、中性子は単体では安定ではなく、1000秒足らずで、

中性子→陽子+電子+反電子ニュートリノ+0.78MeV

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%AD%E6%80%A7% …

の反応で崩壊します。これは、(1)の逆反応なので、陽子と電子が結合して中性子1個できれば、
0.78MeVのエネルギーが出るということです。
これは、1gあたりにすれば、74.9GJになる。
これができれば、有望なエネルギー源になるはずだが、・・・・・。

3.
ウラン235の核分裂反応で発生するエネルギーは、ウラン1gが全部分裂すれば、82GJになるので、
1.の場合は、けた違いに小さいが、2.の場合は、この核分裂反応と同等ということになる。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E5%88%86% …

4.
高エネルギーのプラズマ状態では、陽子、電子がばらばらになって存在できますが、それは混ざった状態です。
陽子、電子がそれぞれまとまって別れて存在することはありません。したがって、これをエネルギー源にすることはできません。
何らかの方法で別々に分けて保存することができたとしても、分けて保存するために莫大なエネルギーを必要とするでしょうから、エネルギー源とすることに意味はないでしょう。

No.4 ベストアンサー 回答者： okormazd 回答日時： 2011/08/19 00:49

#3です。

間違ってしまいました。大きなミスです。


2.の終わりの方から全面的に下記に改めてください。

の反応で崩壊します。これは、(1)の逆反応なので、陽子と電子が結合して中性子1個作るには、
0.78MeVのエネルギーが必要いうことです。
これは、1gあたりにすれば、74.9GJ必要ということです。
したがって、これはエネルギー源はなりません。

中性子を取り出して、崩壊させる方がいい。

3.
ウラン235の核分裂反応で発生するエネルギーは、ウラン1gが全部分裂すれば、82GJになります。
1.の場合は、けた違いに小さい。
石油1gが燃えると、40kJほどの熱が出るので、(1)はこの40倍ほどのエネルギーが出ることになるから、エネルギー源になるかもしれないが、・・・・・。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E5%88%86% …

4.
高エネルギーのプラズマ状態では、陽子、電子がばらばらになって存在できますが、それは混ざった状態です。
陽子、電子がそれぞれまとまって別れて存在することはありません。したがって、これをエネルギー源にすることはできません。
何らかの方法で別々に分けて保存することができたとしても、分けて保存するために莫大なエネルギーを必要とするでしょうから、エネルギー源とすることに意味はないでしょう。

中性子だけを取り出すこともできません。
宇宙にある中性子星から持ってきますか。



まるで、逆にしてしまいました。