分子状水素と金属状水素の大きな違いは、分子状水素が気体であるのに対し、金属状水素はアルカリ金属に近い金属的な性質を持っていることである。

水素は元素の周期表で最初の化学元素である。通常、気体の状態で二水素の分子の形で存在する。このとき、水素は分子状であるため、水素分子と呼ばれる。水素は気体のほか、液体、固体、泥状、金属状で存在する。

カタログ

1. 概要と主な相違点 2. 水素分子とは 3. 金属水素とは 4. 横並び比較 - 水素分子と金属水素の表形式 5. まとめ

水素分子は何ですか？

水素分子とは、二水素の気体状態を指します。それは、水素の自然な状態です。水素分子の化学式はH2であり、2つの水素原子の間には1つの共有結合があるのみである。分子量は2.01g/molです。

水素分子の性質を考えると、無色、無臭、無味、無毒、可燃性である。しかも、水素の非金属形態である。また、水素は他の非金属化学元素と容易に共有結合を形成し、金属元素とも反応することができる。したがって、あらゆる分子に含まれる水素は、水素分子と呼ぶことができる。

図01：水酸化モレキュラー

水素は、私たちの大気中（主に高層大気）に自然に存在するものですが、その量はごくわずかです。しかし、酸と金属を反応させ、副産物として水素を利用することで、人工的に水素を製造することは可能である。しかし、工業規模での生産では、主に天然ガスから水素を製造しています。また、あまり一般的ではありませんが、水の電気分解によっても生成されます。

水素は非常に燃えやすい物質です。酸素と反応して水と熱を発生させる。純粋なオキシ水素の炎は紫外線を発します。また、水素はほとんどの酸化性物質と反応することができます。例えば、室温で塩素ガスと自発的に激しく反応し、塩化水素を生成することがあります。

金属水素は何ですか？

金属水素は、典型的な金属の性質を持つ水素の相である。金属水素の概念は、1935年にユージン・ウィグナーとヒラッド・ベル・ハンチントンが理論的に予言し、初めて登場したものである。

図02：木星の金属水素

金属水素の性質を考えると、高圧・高温の条件下では液体として存在することができる。ここでは、プロトン格子とオフドメイン電子を含むバルク相が存在する、25gpa以上の圧力が必要である。研究者の仮説によると、木星や土星などの惑星の内部には金属水素が存在するという。さらに、液体金属水素も理論的には可能な状態である。これに加えて、金属水素が超伝導の性質を持つことが前提となっている。

モレキュラーと金属水素の違い

分子状水素と金属状水素の大きな違いは、分子状水素が気体であるのに対し、金属状水素はアルカリ金属に近い金属的な性質を持っていることである。また、水素分子は水素分子で構成され、金属水素はプロトン格子とオフドメイン電子で構成されている。

また、分子状水素と金属状水素のもうひとつの違いは、分子状水素は気体で発生するのに対し、金属状水素は金属状態で発生することである。

概要 - モレキュラー vs. 金属水素

水素分子は通常、気体の状態で存在する。水素は気体のほか、液体、固体、泥状、金属状で存在する。分子状水素と金属状水素の大きな違いは、分子状水素が気体であるのに対し、金属状水素はアルカリ金属に近い金属的な性質を持っていることである。

引用

1"24.2H:Dihydrogen Generation" Chemistry LibreTexts, LibreTexts, June 5, 2019, 2 "Hydrogen," National Center for Biotechnology Information.PubChem複合データベース、米国国立医学図書館。