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水を熱すると沸騰して水蒸気という気体になると
昔教わりましたが、福島の原発では水素爆発を
起こしましたので、水素ガスが生じたようです。

なぜ水蒸気でなく、水素(酸素?)になったのですか?
よろしくお教えください。

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A 回答 (10件)

水を単に熱するだけで水素・酸素になることはありません。


水ー>水素+酸素
の反応は不利な反応で、逆の
水素+酸素ー>水
の方がエネルギー的には起こりえるものです。

さて、既にご回答がありますとおり爆発したのは水素ガスで、その際に起こった反応は上記の酸素と水素の結合、すなわち水素の燃焼です。
水素と酸素を単に混ぜただけでは何も起きませんが、火元(火・電気火花・加熱・・・etc)があれば爆発的に水素が燃えてしまいます。どれくらい強烈かは、たとえば飛行船ヒンデンブルグ号の事故など枚挙にいとまありません。

なぜ水素が発生したのか?
核燃料を詰めている燃料棒は、ジルカロイという、ジルコニウムを主に含む合金でできています。
なんでこんなものをケースに使うかというと、この合金は核分裂反応を進行させるために必須な、中性子を通しやすいためです。適当なケースを使ってしまうと、中性子が遮断され、核反応は止まります。
良いこと尽くめのようですが、この合金の泣き所は、高温になると水と反応して水素を出すところです。
ジルコニウム+水ー>酸化ジルコニウム+水素
冷却が止まって高温になった原子炉プールの中で、水とケースのジルカロイが反応して水素ガスが溜まり、高温か何かで火が付いて爆発してしまったようです。

なお、この反応でジルコニウムは酸化され消費されます。
触媒ではありません。

この回答への補足

原発で発電した電力で水素を作って燃料として使えれば、
CO2やエネルギーの問題は100年は解決できますね

補足日時:2014/11/01 09:14
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この回答へのお礼

くわしいせつめいありがとうございました。

お礼日時:2014/11/01 09:09

補足・お礼で書かれてました、


>原発で発電した電力で水素を作って燃料として使えれば
まず、使用した電力あたり取り出せる水素がどの程度になるかという効率は気になるところです。
電力は蓄えるのが難しいので、備蓄燃料(?)としにくい問題がありますので、質問者さんが書かれているように、
何らかの備蓄可能なエネルギーとして蓄えることは重要だと思います。

さて、水素は燃料としては理想的な点が多いですが(ゴミは水、軽いから重量あたりのエネルギーが多いなど)、
現状では取り扱いが難しいのが難点です。
たとえば、車を動かすのに水素を使う研究がされているのはご存知だと思いますが、
どうやって、必要な量の水素を車の中の限られたスペースに安全に蓄えるか、というところが難しいです。
(燃焼のさせ方とか、エンジン自体の工夫もいろいろと必要だと思いますが)
巨大なガスボンベをかかえた車などが街中に走るなんてのは考えにくいですよね。
今考えられているのは、水素を大量に吸い込む、水素吸蔵合金というのをタンクに使うか、
何らかの化学反応で水素を発生する化合物(これは液体か固体として取り扱えるものとする)を使うか、です。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2014/11/01 20:11

水は単に加熱しただけでは水素と酸素に分解する事はありません。


中学校の化学の金属の性質で
・酸と反応してイオンになりやすい
に関連して、
金属ナトリウムを水に入れたら・・・演示実験で示されることが多い。
  2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑
金属マグネシウムを水蒸気中や沸騰水中で燃焼させる
 とかを見せてもらったかも。
金属は高温では水から酸素を奪い酸化物となり、水素を発生します。
 金属によって、常温でも激しく反応するナトリウム、高温で反応するマグネシウムや鉄、高温でも反応しない貴金属のように色々です。
・核燃料の被覆に使われているジルカロイというジルコンを主とする合金が、冷却水の紛失で高温の水蒸気と接触してしまったために水素が発生した。
・発生した水素が格納容器内の酸素を含む大気と混合された
  水素の爆発限界はとても広い
  『混合比下限は 4.65 %、上限は 93.3 % であり、空気との混合では 4.1 % — 74.2 %( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E7%B4%A0# … )』
・何らかの点火源があった

 の三点が要因です。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2014/11/01 09:09

>なぜ水蒸気でなく、水素(酸素?)になったのですか?


事故調査委員会でも問題となりました。
二つの現象が起きたと考えられています。
一つは、原子炉の中にある燃料棒と呼ばれているものにジルコニュウムという聞きなれない金属が使われています。
この金属が高温になって水が触れると化学反応をおこして、水が水素と酸素に分解されてしまいます。
この現象は古くから知られていた現象です。
原発は燃料棒が核反応を起こして出した熱を使って水を温めて水蒸気にしてタービンを回しています。
水がどんどん供給されていれば問題はありませんが、地震と津波で水の供給が止まりました。
電気も止まり燃料棒も抜きだせなくなりました。
核反応で生じた熱がドンドン溜まって行って燃料棒が高温になってしまいました。
炉の中に残っていた水は沸騰して水蒸気になりましたが、逃げ場がなく水蒸気もドンドン高温になってしまいました。
挙句の果てに化学反応が始まってしまい水蒸気が水素と酸素に分解してしまいました。
つまり、水は一旦水蒸気になっていました。
正確に言いますと水が水蒸気になりこの水蒸気が水素と酸素に分解して水素が出てきたということです。

もう一つが水に強い放射線が当たるとわずかではありますが水素と酸素に分解します。
これは水の温度が高いほど活発に分解します。
原子炉から離れた燃料棒の貯蔵用のプール付近で起きた爆発はこの強い放射線で作られてしまった水素が原因ではないか、とされていますが、確実にこれだという照明はできていません。
原子炉で発生した水素が配管をつたってプール付近に漏れたのではないか、と考えている人もいます。

いずれにしましても家庭でお湯を沸かして出てきた水蒸気が水素と酸素に分解することはありません。

詳しくは下記サイトを参照ください

MIT原子力理工学部による改訂版・福島第一原発事故解説 - arc の日記 ...
d.hatena.ne.jp/arc_at_dmz/20110316/fukushima_nc_power_plants


4号機水素爆発における水素発生源について【PDF ... - 原子力規制委員会
www.nsr.go.jp/committee/yuushikisya/jiko_bunseki/data/0001_0...
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この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2014/11/01 09:10

質問タイトルから順に回答すると



水は一応熱のみでも分解しますが,熱のみで直接分解させる為には2000℃程度必要です.
したがって質問タイトルの「水を熱すると水素になるの?」という問いについては熱分解することはできるということです.

福島原発において水素が発生したことについては既に他の回答者さんが答えていますが,燃料棒の被覆管材料のジルコニウムが水と反応して二酸化ジルコニウム(ジルコニア)が生成し,水素が放出されるというものです.化学式を示せば
Zr + 2H2O → ZrO2 + 2H2↑

さらにこの水素が空気中の酸素と反応すれば発熱を伴って水蒸気に戻るのですが,この反応はひとたび起こると爆発気的に進行するので,文字通り原子炉建屋の上部を吹き飛ばしたということです.
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この回答へのお礼

ありがとうございました。熱するだけでも分解するのですね。

お礼日時:2014/11/01 09:11

https://twitter.com/knakatani/status/24915001275 …
核燃料棒の容器はジルコニウム合金ですが、冷却機能を失った原子炉内部は2000度もの高温になったようです。
このような高温ではジルコニウムが触媒として働いて、水蒸気が水素と酸素に分解されます。
ジルコニウム自体は反応する訳ではないので、水蒸気があれば限りなく水素が発生するすることになります。
唯一の爆発を防ぐ方法は、建物内部に水素が溜まらないように外に逃がすことです。
冷やすために水を注ぐと、水素が出続けることになるので放射性物質もばら撒き続けます。
冷却機能を失った原発事故に対する安全な対策なんて無理と言うことです。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。原発で発電した電力で
水素を作って燃料として使えれば、CO2やエネルギーの
問題は100年は解決できますね

お礼日時:2014/11/01 09:12

蒸発すれば水蒸気になりますが、


分解するというより、高熱の金属類に触れると、
酸素を金属類にとられ水素になります。
その水素が高熱のまま空気に触れて爆発するのです。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2014/11/01 09:08

福一の爆発は水素爆発なのー?ー水蒸気爆発だと思ってたんですかーその圧が限界に達して圧抜き*ドレン開放しなかった為*、カンチョクトの視察でドレン抜きを遠慮してたとかドレン抜きと同時に内部の放射能も同時に解放されて等ーーゴタゴタしてる内に広範囲に放射能ばら撒きと言う構図。

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この回答へのお礼

コメントありがとうございます

お礼日時:2014/11/01 09:07

チェルノブイリ原子力発電所事故や福島第一原子力発電所事故など、


核分裂反応を利用する原子力発電所の事故(冷却機能の喪失)により起きる爆発は、
。燃料被覆管のジルカロイが高温の水蒸気と反応して
水素が発生し、
次いで水素が酸素と反応して爆発する。

誤 なぜ水蒸気でなく、水素(酸素?)になった

正 水蒸気がジルカロイに反応、水素が分離。水素が酸素と反応、爆発。

飛行船事故とかの水素爆発と似たようなもの。

zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
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この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2014/11/01 09:07

  H2O(水)を分解すると、水素と酸素に分かれます。

 
 水を熱すると湯になります。
 
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この回答へのお礼

コメントありがとうございます

お礼日時:2014/11/01 09:06

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Aベストアンサー

 「今日はじめじめしてますね」とか、「異常乾燥注意報発令中」とか聞いたことありませんか? どれも、湿度つまり空気中の水蒸気の量を問題にしている言い方です。もっと直接的には「今日の○○時の湿度は△△%程度です」などという表現をすることもあります。

 この湿度というのは何を基準にしているかというと、その時の温度で、空気中に存在することが可能な水蒸気量です。空気には含むことができる水蒸気の量に限界があるというわけです。

 さて、液体の水は、互いに結びついて完全に固くはならない(氷にはならない)けれど、完全に切り離されてばらばらにもならない(水蒸気にならない)状態にある水の「分子」の集まりです。この集まりの中には、ちょっと"元気な"分子もいて、中には空気中に飛び出してしまうものがあります。一方、空気中の水蒸気の中にはちょいと"元気"がなくなって、"おとなしくしている水"の仲間に加わるものもあります。

 このような性質を持つ水を、空気といっしょに密閉容器に半分くらい入れて温度が一定の状態に保ってみましょう。最初は水蒸気がなかった、つまり完全に乾燥した空気があるとします。初めのうちは、水の中の"元気者"がどんどん出て行って空気中に広がり、湿度が上がっていきます。空気には含むことができる水蒸気の量に限界があるので、そのうち容器の中の空気は水蒸気でいっぱいになってしまいます。湿度100%です。こうなってしまうと、後は、ちょいと"元気がなくなって"水に戻る分子と"元気よく"水から飛び出す分子の割合が等しくなって、見かけ上何も変化が起こらなくなります。

 密閉容器の場合は、上記のようになりますが、水が部屋や外にある場合は、空気は大量にありますしどんどん入れ替わりますから、周囲の空気の湿度が何かの理由で100%にならない限り、水からは分子が逃げ出す一方になります。そのために、からっとした季節には、雨上がりにあった水たまりがいつの間にか蒸発してなくなったり、洗濯物がよく乾いたりするわけですね。逆にじめじめした季節には乾きが悪くなります。

 ちなみに、水は1気圧のもとで100℃で沸騰します。このときも蒸発は起こっていますが、水の表面ではなくて内部でいきなり気体になる(この現象を「沸騰」と呼んでいます)分子の方が圧倒的に多くなるので、目立たなくなります。

("元気"のような擬人的な表現を使いましたが、本来は"運動エネルギー"のような物理用語を使わなければいけません。中学生にもわかるように、ということですので、敢えて"禁断の"表現法を使いました。)

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Aベストアンサー

No.1さんのおっしゃっている通り、燃やすのがいちばん簡単な方法です。化学式では、

2H2+O2=2H20

となります。厳密には、

2H2+O2=2H20+結合エネルギー

ということになっています。結合エネルギーは、熱・音・電気など色々な形をとりますが、反応するH2とO2の量が同じならば、必ず同じ量のエネルギーを出します。

逆に、水を分解しようと思ったら、おっしゃる通り、いくら放っておいても勝手に分解はされません。

2H2O+結合エネルギー=2H2+O2

ですので、この場合は、結合エネルギーが「電気」という形を通して与えられているのです。

では、水素と酸素を気体のままほおって置けば、勝手に結合して水になるのでは?とも考えられますが、そうはなりません。「活性化エネルギー」というきっかけが必要になっています。ただし、活性化エネルギーは「きっかけ」ですから、電気分解と違って、いったん与えてやればずっと反応が続きます。具体的には、水素と酸素の混合気体を大きな風船に詰めて、中で火花を起こしたり、ちょっとでも火を燃やしたりすれば、大爆発の形で「結合エネルギー」が放出された後、残りは水になります。

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No.1さんのおっしゃっている通り、燃やすのがいちばん簡単な方法です。化学式では、

2H2+O2=2H20

となります。厳密には、

2H2+O2=2H20+結合エネルギー

ということになっています。結合エネルギーは、熱・音・電気など色々な形をとりますが、反応するH2とO2の量が同じならば、必ず同じ量のエネルギーを出します。

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