酸化力対決！！『単体陽子』VS『フッ素』

質問

『単体の陽子』は電子を一つも持っていないので、他の元素から電子を奪う力が『フッ素』よりもさらに強そうな気がするのですが、実際はどうなのでしょうか？

例えば、単体陽子の気体（実現は困難でも、仮にあるとして）の中でナトリウムが燃えるような反応をしますか？

推測なのですが、つまり、単体陽子がナトリウムから電子を完全に剥ぎ取り、単体陽子は電子を貰い水素になるような反応をしたりするのでしょうか？（もちろん、こんな反応があるとしたら、化学反応または酸化還元反応という定義から完全に外れる反応かもしれませんが）

回答No.3

Saturn5 · ベストアンサー

フッ素の酸化力が最強であるのは「通常に存在する物質のうち」という条件がつきます。
ただし、フッ素の反応性（一部の希ガスとも反応する）を考えると、通常に存在という
のも怪しいものですが．．．

質問者様が条件提示されているように、陽子は単独で存在できません。
水中では、Ｈ３Ｏ＋になってかなり安定化されますが、Ｈ＋の単独の存在は無理です。

Ｆ原子は酸化力が強いですが、Ｎｅ＋はもっと酸化力が強いはずです。
Ｎｅはイオン化エネルギーが非常に大きいですが、高温にして紫外線やＸ線をあてると
電子が励起して、Ｎｅ＋を短時間作ることは可能だと思います。

同様に、Ｈに多大なエネルギーを投入してＨ＋が作れるとすれば、それｈがＦ原子などと
比較にならないくらいの酸化力を持つはずです。

補足

ご回答ありがとうございます！

『Ne＋』とは、ネオンの原子核そのもののことですよね、

つまり『α線の気体』は『フッ素』より酸化力が強いということなのですね、

さらに、酸性の物質が放出する『水素イオン』ではなく、

水素の原子核そのもの、つまり、『素粒子の陽子』は『フッ素』より酸化力が比較にならないくらい強いということなのですね。

フッ素より凄いというのなら、『陽子の気体』の中でナトリウムはいとも容易く燃えるかもしれませんね、その未知の反応の様子を見てみたいですね（笑）

しかし、『陽子の気体』を作るのは現実的に難しいということですね

では、仮に思考実験で、何らかの方法で『陽子の気体』が用意出来たとして、その中でナトリウムはフッ素の時よりも爆発的に燃えたりするのでしょうか？

また、『陽子』と『ナトリウム』の反応生成物は何になるのでしょうか？

私の勝手な推測では、陽子がナトリウムから電子を奪い、陽子は水素となる気がします、なので、反応の状況として、ナトリウムがまばゆい閃光を放ち水素ガスとなって消えるイメージです（笑）、しかし、電子を剥ぎ取られたナトリウムは一体何になるのでしょうか？それが不明です。

回答No.18

htms42

＞1kgの重りを地面から持ち上げるのに必要な力は約9.8Nぐらいですが、人間なら誰でも易々と持ち上げる事ができる小さな力です、しかし、それに比べて『陽子2つ』を近づけるのに必要な力は0.000014Nという本当に極極小さい反発力です、両手で近づけられないはずがないと思うのですが何故でしょうか？？

両手を近づけることはできます。
でも手のひらの上に載っている陽子を近づけることができないのです。

小さな紙片（ティッシュを小さく切ったもの）を掌に載せて扇風機の風の吹いているところに持って行って下さい。手を近づけるのには何の支障もないような弱い風であっても紙片は飛んでしまいます。紙片をつまむか手に貼り付けるかしないとダメでしょう。つまんだ場合でも貼り付けた場合でも紙片は手と一体化しています。手の一部になっています。

＃１７に「付着力が問題だ」と書きました。

お礼

ご回答ありがとうございました！

当初の質問内容とは違う方向に発展してしまいましたが、補足質問に丁寧にご回答して頂きありがとうございました、陽子と手などが付着してしまう問題があるということですがまだ少し疑問もあるので今度別質問を立ててまた質問するかもしれません。

回答No.17

htms42

＞陽子2つを、普通の気体の距離まで近づけたときの反発力が0.000014Nならば、例えば仮に、陽子2つを人間が両手で持てたとしたら、易々と陽子2つを普通の気体の距離まで近づけることが出来るくらいの微々たる反発力なのに、なぜ陽子2つを近づけることが出来ないのでしょうか？

両手の間に働く力が０．００００１４Ｎであれば手は動かないでしょう。
でもこの力が陽子の間だけに働くのであればが両手に載せていることができないような力であるということになります。だから掌に陽子を載せるということができるかどうかの問題になります。付着力が何かということです。
もう一つの手に載っている陽子との間に働く力よりも手の表面にある物質とくっついてしまう方が先に起こるでしょう。一度くっついた陽子を手から引き離すのは無理でしょう。単にくっついてしまっているというよりは反応してしまっているという方がいいでしょう。
溶液の中に正負のイオンはあったとしても電荷の総量は等しくなっています。
これは固体でも液体でも手のひらのようなややこしい物質でも同じです。
たくさんのイオンがあるということ、陽子と反応してしまう可能性のある物質もたくさんあるということから
掌に陽子を載せた段階で陽子と陽子の間に働く力を考えるということが意味を持たなくなってしまいます。
手の平の水分と反応してＨ３Ｏ^+に変わってしまうということが起こるということだけでも無理だということが分かるのではないでしょうか。

補足

ご回答ありがとうございます！

本当に申し訳ないのですが、やはり『陽子2つ』を両手で持って近づけられないというのがどうも理解できません、

1kgの重りを地面から持ち上げるのに必要な力は約9.8Nぐらいですが、人間なら誰でも易々と持ち上げる事ができる小さな力です、しかし、それに比べて『陽子2つ』を近づけるのに必要な力は0.000014Nという本当に極極小さい反発力です、両手で近づけられないはずがないと思うのですが何故でしょうか？？

※陽子が手と反応してしまうというのは確かにおっしゃる通りなのですが、手との一切の反応をこの際考えずに、状況として『仮に手と反応せずに持てたとしたら』ということにします。

回答No.16

htms42

しつこいようですが補足します。
＃１５で１Ｃの電気量に相当する陽子の数について
＞この個数は（１／９６５００）モルに対応します。

と書きました。
ほぼ（１／１０万）モル＝１0^(-5)モルです。
陽子だけがこれだけ集まっている状態はあり得ないのですが
教科書には「水１Ｌの中にＨ^+が１０^(-5)モルあればｐＨ＝５である」という表現が出てきます。混乱しているのではないかと思います。

この溶液の中には負の電荷を持ったイオンが正の電荷をちょうど打ち消すような量だけ存在しているのです。
もし塩酸を溶かして酸性になったのであれば負イオンはＯＨ^-とＣｌ^-の２種類です。
また陽子というむちゃくちゃ小さい粒子がフリーの状態で溶液中に存在するということもありません。ある分子の中にあった水素が別の分子の中に移動するだけです。
Ｈ２Ｏ＋Ｈ２Ｏ⇒Ｈ３Ｏ^+＋ＯＨ^-
ＨＣｌ＋Ｈ２Ｏ⇒Ｈ３Ｏ^+＋Ｃｌ^-

裸の水素イオン（＝陽子）とＨ３Ｏ^+　とでは大きさが１０万倍ほど異なります。

普通の環境で水素イオンと言っているものは裸の陽子ではなくて他の物質にくっついて存在しているイオン（Ｈ３Ｏ^+）です。

お礼

ご回答ありがとうございます！

陽子とH3O＋では10万倍も大きさがことなるのですね、やはり、陽子とH3O＋では全然性質が異なる別物だということなのですね。

補足

ご回答ありがとうございます！

No15のご回答で、陽子の気体を作ることはできないということをご説明頂いたのですが、まだ疑問に感じてしまうのです、

陽子2つを、普通の気体の距離まで近づけたときの反発力が0.000014Nならば、例えば仮に、陽子2つを人間が両手で持てたとしたら、易々と陽子2つを普通の気体の距離まで近づけることが出来るくらいの微々たる反発力なのに、なぜ陽子2つを近づけることが出来ないのでしょうか？

それとも、『陽子2つ』だけなら普通の気体の距離まで近づけることは可能だけれども、しかし、大量の陽子一粒一粒を普通の気体の距離間隔で並べる事は不可能であるということなのでしょうか？つまり、大量に陽子を集めると『陽子2つ』のときとは異なり大量にある分、反発力も大きくなってしまい、大量の陽子だと普通の気体の距離間隔に並べることが出来ないということなのでしょうか？

回答No.15

htms42

＞しかし、『1.4×10^(-7)N』を計算すると『0.000014N』ということになるのでとてもたいした力には思えないのですが？？

力の大きさは働きで考える必要があります。
陽子の集団が安定して存在できるかということを問題にしているのですから陽子に対する働きで力の大きさを判断することになります。人間にとって大きな力であるとは言えなくても陽子にとってはものすごく大きな力であるという考え方をすることが必要なのです。（「大人にとっては何でもないような衝撃が赤ん坊にとっては致命傷になることがある」というのは日常でも出てくる話ではないでしょうか。）

数字だけでは分かりにくいだろうと思って加速度に直しました。加速度は力が働いた結果、物体の状態にどのような変化が起こるのかを教えてくれる量です。
これだけ大きな加速度になるということは初めからそういう位置関係に持って行くことが不可能であるということを表しています。

ついでに
・電子の質量は陽子の質量の１／１８００です。加速度はさらに１８００倍になります。陽子だけの気体が存在しないのですから電子だけの気体も存在しません。

・１Ｃという電気量は静電気としてはとんでもなく大きな量です。
普通の雷１発の放電量ぐらいのイメージでいいようです。
でも流れる電流で言うと大したことはないと思ってしまいます。
１Ａの電流が１秒間流れた時に移動する電気量です。
０．１Ａで１０秒間です。

金属の中を流れる電気量は固定された正の電荷の網目の中を負の電荷が通り抜けて行く時の移動量です。基本的に中和されています。負の電荷だけがどこかに溜まっているわけではありません。

授業ではバケツリレーのイメージで話をすることがあります。

バケツに水を１０Ｌ入れたものをリレーします。
バケツ１００個分をリレーで送れば１０００Ｌです。
１０００Ｌの水は１トンです。１トンの水を送っているのです。
それほどしんどい作業ではありません。
でもこの水を１つのタンクに入れて持ってみよと言われたらできる人はいません。
流れる水の１トンと溜まっている水の１トンは意味が異なるのです。

電気分解で出てくる９６５００Ｃという数字（１ファラデーと呼んでいます）は流れる電気量として扱っています。溜まっている電気量としてはあり得ない数字なのです。

＞、『電荷が１Ｃ』とは、陽子何個分になるのでしょうか？

陽子１つの電気量は１．６×１０^(-19)Ｃであると書きました。
割り算をすれば個数は出てくるでしょう。

この個数は（１／９６５００）モルに対応します。

この質問は陽子の集合体を意識したもののようですね。
集合体自体を作ることができないのですから１Ｃのまとまりの反発力を考えても意味がないはずです。

回答No.14

htms42

＞『電子の気体』は作れても、『陽子の気体』に関しては作れるかは本当に不可能なのかは分からないということなのですね、

どちらも作ることはできません。

静電エネルギーを計算する時に無限遠を基準に取っているという数学的なトリックに引っかかっているのかもしれませんね。

陽子の場合でも距離を大きくすれば可能かもしれません。陽子２つが１ｍ離れて存在するというのであれば静電気力はかなり小さくなります。でもこれを気体と言いますか。

溶媒和電子のような物質も存在します。でもこの場合は必ずカウンターのイオンが溶液内に存在します。

回答No.13

htms42

＞『陽子が集まった気体』を作ることはなぜ不可能なのでしょうか？

やはり「仮に・・・」の話ではなくて「もしかしたら存在するのではないか・・・」と思っておられる上での質問だったようですね。

陽子と陽子の間に働く静電気力がどの程度の大きさのものかについて具体的に考えたことがあるという人は案外と少ないのではないでしょうか。化学結合の前提には静電気力があるということ、静電気力はクーロンの法則で表されているということは皆知っているのですがその力の大きさについての具体的なイメージは　というと「？」が付くというのが現状でしょう。静電気というと摩擦電気ぐらいでしかイメージが無いのではないでしょうか。水素原子のイオン化エネルギーが１３．６ｅＶというのも単なる数字でしかないのでしょう。とんでもなく大きい値だというのは温度に換算してみると分かります。１ｅＶはおおよそ１万度というのが目安です。普通に加熱しても水素をイオンにすることはできないということが分かる数字です。正負の引力というのはそれだけ強いのです。

１ｍ離れて存在する２つの電荷（ともに１Ｃとします）の間に働く力は９．０×１０^9Ｎです。石油のタンカー一隻分の重さです。こういう状態を実現できないことがあきらかになる大きさの力です。もしかしたらというようなレベルの話ではありません。（これは高校の物理の教科書に載っている内容です。）

＞http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AF%E3%83%BC%E3%83%AD%E3%83%B3%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87

普通の気体では気体粒子間の距離は１０^(-9)～１０^(-8)ｍです。
２つの陽子がこの距離にある時の反発力はいくらになるでしょうか。
電気素量を１．６×１０^(-19)Ｃ、ｒ＝４×１０^(-9)ｍとします。
Ｆ＝１．４×１０^(-7)Ｎ
になります。これが２つの陽子の間に働く反発力です。とんでもない数字であるということが分かります。
ピンと来なければ加速度を出してみればいいです。
陽子１つの質量は１．６７×１０^(-27)ｋｇですから
ａ≒１０^20　ｍ／ｓ^2

正のイオンだけとか、負のイオンだけでできた物質を考えることが無意味であるということ、
分かって頂けたでしょうか。

補足

ご回答ありがとうございます！

＞1m離れて存在する2つの電荷（ともに1Cとします）の間に働く力は9.0×10^(9)Nです。石油のタンカー一隻分の重さです。

石油タンカー一隻を押す反発力とは大きな力で驚きましたが、しかし、『電荷が1C』とは、陽子何個分になるのでしょうか？

また、普通の気体粒子間の距離が10^(－9)mであり、陽子2つをその距離にまで近づけると、その反発力は

F＝1.4×10^(-7)N

という、とんでもない数字であることがわかります。ということですが、しかし、『1.4×10^(-7)N』を計算すると『0.000014N』ということになるのでとてもたいした力には思えないのですが？？

確かに、その反発力を加速度にすると10^20m／s^2ということで、光速をも遥かに超える、10京km毎秒というとんでもない速さではありますが。

是非お教え頂ければと思います。

回答No.12

alwen25

＞『陽子が集まった気体』を作ることはなぜ不可能なのでしょうか？

これは、本当に不可能なのか良く分かりません。
物理化学の演習問題で「電子」が集まった気体というのは
良く出てきますので。

補足

ご回答ありがとうございます！

『電子の集まった気体』というのはあるのですね、初めて知りました！

ここで一つどうしても気になってしまうのですが、

還元力対決！！『単体電子』VS『セシウム』（笑）

『電子の気体』ってやっぱりセシウムなどより還元力が高いのでしょうか？としたら

『電子の気体』と『フッ素』が反応したら爆発するのでしょうか？

電子とフッ素の化合物は、
2e＋F2＝2eFになり

フッ素が一つ電子を得た、フッ化電子でしょうか？？？本当に話がそれてすみませんでも気になります（笑）。

『電子の気体』は作れても、『陽子の気体』に関しては作れるかは本当に不可能なのかは分からないということなのですね、電子より陽子は質量が重いからなどそういうことが原因なのでしょうか？

最近、反物質を生成し磁器瓶に保存したということをWikipediaなどで目にしましたが、ならば、陽子ならもっと簡単に何かの瓶に気体として保存出来そうな気がするのですがやはり難しいのでしょうか？

また、前回のご回答では、ナトリウム原子と陽子を衝突させることで、ナトリウムと陽子が化学反応すると教えて頂きましたが、化合するときの反応熱などはどのくらいなのでしょうか？

陽子とナトリウムの反応熱は何キロジュールの熱が発生するなど計算出来るのでしょうか？そしてその反応熱はフッ素とナトリウムの反応熱を上回るのかなど？

是非教えて頂けたらと思います！

回答No.11

htms42

＞しかし、今回、陽子とナトリウムが化合した『水素化ナトリウム（1＋）』という物質については初めて知ったので、この『水素化ナトリウム（＋1）』という物質の性質についてご存知でしょうか？

「仮に・・・」の話と思っていたらいつの間にか実物との対応に話が移っていますね。

ＮａＨはイオン結合性の安定な化合物です。
Ｎａ^+とＨ^-の結合だと考えられます。
どちらのイオンも閉殻構造になっています。
これに対して[ＮａＨ]^+は考えられません。
結合が成立しないのではないでしょうか。
（Ａ－Ｂという共有性の物質の場合、[Ａ－Ｂ]^+というイオンを考えることができる場合もありますがイオン性では無理だろうと思います。）

[ＮａＨ]^+　というイオンは存在しないでしょう。
（ｗｉｋｉは既に見ておられるということですが、　おかしいと思いませんか。）

＞例えば、単体陽子の気体（実現は困難でも、仮にあるとして）の中でナトリウムが燃えるような反応をしますか？

これも「仮にあるとして」ではなくて「もしかしたらあるかもしれない・・・」という含みを持って書いておられるのではないでしょうか。
「燃える」は巨視的な現象を表す言葉です。反応が起こることと燃えることとは同じ意味ではありません。「もしかしたらミクロには起こっているかもしれないという反応」に対してであれば普通は使うことができない言葉です。「プロトンだけが集まってできた気体」という実現不可能な状態に対して「仮にあったとしたら」という問いをたてている中でマクロな「燃える」という言葉を使うということはどこか認識におかしいところがあるのではないかという気がします。

＞実際はどうなのでしょうか？

これも「仮に」から「実際は」に移っている言葉ですね。
やはり、「もしかしたらあるかもしれない」という含みがあるように思います。
もしかしたらＮａ^+だけの集合体もあるかもしれないと思っておられるのではないでしょうか。

※水にＮａの固体を入れると反応します。
でも「燃える」とは限りません。Ｎａの粒がある程度大きくないとだめです。
高校での実験で言えば燃えてしまうと困るので粒を小さくしてやります。そうでなければ発生した気体が水素であるという確認はできなくなります。

補足

ご回答ありがとうございます！

『陽子が集まった気体』を作ることはなぜ不可能なのでしょうか？

実は、私自身も良く分からないのですが、どのような原因により陽子の気体を作れることが出来ないのでしょうか？

また、燃えるとは巨視的な現象だ、ということですが、陽子がフッ素よりも電子を奪う酸化力が高いのなら、フッ素の気体の中でナトリウムが燃えるのと同様に、陽子の気体が大量にあれば、その中ナトリウムは燃えるのではないだろうか？と思ったのです

陽子とナトリウムの反応が発熱反応なら、両者が大量に存在し反応すれば反応状況として燃えるのではないかと思ったのです

［NaH］＾＋という化合物が無いのなら、陽子とナトリウムは化合などしないということなのでしょうか？

陽子がフッ素より電子を奪う力が強いのだとしたら、陽子とナトリウムが反応しないはずがないような気がするのですが？

是非お教え頂ければと思います。

回答No.10

alwen25

実験系の研究室ではないので実物は見たことがありませんが
こういうものだそうです。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E7%B4%A0%E5%8C%96%E3%83%8A%E3%83%88%E3%83%AA%E3%82%A6%E3%83%A0

理論計算でもH-は良く出てきますが。

補足

ご回答ありがとうございます！

リンクご紹介ありがとうございました、リンク先見させて頂いたのですが、実は水素とナトリウムが化合した『水素化ナトリウム』という物質の性質についてはWikipediaなどで見て既に知っていたのですが、

しかし、今回、陽子とナトリウムが化合した『水素化ナトリウム（1＋）』という物質については初めて知ったので、この『水素化ナトリウム（＋1）』という物質の性質についてご存知でしょうか？

やはり、『水素化ナトリウム』と『水素化ナトリウム（＋1）』は性質がかなり異なるのでしょうか？

回答No.9

Tacosan

正直どうでもいいんだけど [NaH]^+ は
ヒドリドナトリウム(1+)
としか呼びようがないんじゃないかな.

補足

ご回答ありがとうございます！

［NaH］＾＋,ヒドリドナトリウム（＋1）としか呼びようがないのですね、

『H』や『ヒドリド』と名前に付くと、どうしても水素が思い浮かんでしまうので、勝手ながら個人的に『Nap』や『陽化ナトリウム』と呼びたくなってしまうのですが、本当すみません（笑）

ヒドリドナトリウム（＋1）とは、No6の回答者様がおっしゃるように、『水素化ナトリウムを一電子酸化した物質』なのでしょうか？

とすると、ヒドリドナトリウム（＋1）は、電気化学の実験室では簡単に作れる物質ということなのですが、ヒドリドナトリウム（＋1）とはどんな性質の物質なんでしょうか？

例えば、酸化力があるとか、不安定で速やかに分解してしまうなど、何か特徴的な性質がある物質なのでしょうか？

お教え頂ければと思います。