水の科学的な疑問

質問

水は酸素（O）と水素（H）の原子からできています。酸素は、物が燃えることを助ける効果があり、水素はそれ自体が燃えて、爆発を引き起こします。
しかし、そのような性質の酸素と水素からなる水は火を消すことに使われます。
それはなぜでしょうか？
水が気化することで熱を奪うという理屈は理科の教科書で理解していますが、水素と酸素からなる物質なら、爆発してもおかしくないと思います。皆さんはどのように思われますか？

回答No.9

kohichiro

＞水素と酸素からなる物質なら、爆発してもおかしくないと思

普通はこの結びつきが強いので、爆発はありえない(安心して火事の消火に使えます）のですが、高温で激しく燃焼している状態で水をかけると、分子状態から分離してばらばらになることがあります。そうなると仰る状況が起こります。水蒸気爆発という恐ろしい事故がまれに起こります。

ロシアのある種のジェット戦闘機では、これを前向きに利用してブーストさせ、高出力のエンジンを実現していると聞きました。

回答No.8

staratras

Aという元素とBという元素からできている化合物Cが、必ずしもAの性質やBの性質を保持しているわけではなく、一般にはCの性質はAやBの性質とはまったく別です。

例えば塩素(Cl)は、「毒ガス」として戦争に使われることもあるほど人体に有害な気体であり、ナトリウム(Na）も水に入れると爆発的に反応する危険な物質です。しかしこの両者の化合物である塩化ナトリウム(NaCl)は、私たちが毎日食べている食塩の主成分で、とりすぎは健康を害しますが、適量であれば有毒でも危険でもありません。

普通の状態の水も同じで、水素や酸素の性質を示すわけではありません。

回答No.7

homma-mon

No.6のhomma-monです．

No.6で初歩的誤記がありました．
訂正してお詫び致します．

（誤）→ 水という化合物を構成する元素は，酸素と酸素です．
（正）→ 水という化合物を構成する元素は，水素と酸素です．

m(_ _)m

回答No.6

homma-mon

psychologyoujiさんの疑問は，元素の名称，原子の名称，物質の名称の三つを混同しておられることによるものです．

psychologyoujiさんのご質問文のを，この混同を回避できる表現に直して，「 → 」の次に書きました．

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　水は酸素（O）と水素（H）の原子からできています。
　 → 水という化合物を構成する元素は，酸素と酸素です．

　酸素は、物が燃えることを助ける効果があり、
　→ 酸素という元素のみからなる単体である二酸素は、
　　　物が燃えることを助ける効果があります．

　水素はそれ自体が燃えて、爆発を引き起こします。
　→ 水素という元素のみからなる単体である二水素は
　　　それ自体が燃えて、爆発を引き起こします。

　そのような性質の酸素と水素からなる水は
　火を消すことに使われます。
　 → 酸素と水素という二種類の元素からなる化合物である水は
　　　火を消すことに使われます．

ここで，「二酸素」「二水素」という語は，化学を専門とする人でない限り，聞いたことはないでしょう．化学者でもこの語に接する機会のない人の方が多いです．

物質に厳密に名前を付ける必要がある場合に使われる名称です．その物質の分子を構成する原子の種類と数とを明記する命名法です．つまり，O2，H2 という分子構造に基づく名称です．オゾンは O3 ですから，「三酸素」と呼ばれて，二酸素と区別されます．
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ここまでで，psychologyoujiさんのご質問に対するとりあえずの回答は終わりです．
以下，補足です．

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(1) 「元素」
物質を構成する要素をいろいろと調べていくと，水にも空気中の「酸素」（上の言い方では，「二酸素」）にも，二酸化炭素にも共通して含まれている「何か」が確認され，「酸素という元素」として認識されました．
水にも，爆発性の気体である「水素」（上の言い方では，「二水素」）にも共通して含まれている「何か」が確認され，「水素という元素」として認識されました．

(2) 「原子」
気体や液体や固体として存在している物質は，突き詰めていくと，「小さな粒」で構成されていることが，19世紀末くらいから確認されていきました．それが「原子」です．一種類の原子は一種類の元素と対応しています．

(3) 「単体」　
ただ一つの元素から構成される物質を「単体」と呼びます．

爆発しやすい気体である「水素」が単体ですし，空気中にあるいわゆる「酸素」も単体です．

酸素原子，水素原子，元素の酸素，元素の水素との混同をさけるため，その分子を構成する原子の数もあからさまに標記する命名法が定められているのです．

「オゾン」という物質も，構成する元素は酸素のみですので，単体です．しかし，オゾンの分子は酸素原子が三個結合したものです．その意味で，「三酸素」と呼ばれます．

(4) 「化合物」
単体と異なり，複数種類の元素から構成され，原子同士の間に一定の結合があると考えられる物質は「化合物」と呼ばれます．
複数種の元素単体の混合物とも違います．

酸素と水素という元素からなる化合物である水がそうです．酸素原子一個と水素原子二個との間に共有結合がある水分子からなりますし，酸素と水素との元素組成は，厳密に 1:2 です．
二酸素ガスと二水素ガスとの混合物とは違います．酸素原子と水素原子との間に結合はありませんし，元素組成も自由に変えることができます．

この他，化合物としては，酸素と炭素という元素からなる化合物として，二酸化炭素があります．

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補足の補足

二酸素の分子は，酸素原子二個が共有結合した O2 です．
この O2 分子がアボガドロ数集まったものは，
0℃・1気圧で，約22.4 Lの体積をもち，
約32 gの質量の気体です．

二水素の分子は，水素原子二個が共有結合した H2 です．
この H2 分子がアボガドロ数集まったものは，
0℃・1気圧で，約22.4 Lの体積をもち，
約2 gの質量の気体です．

水の分子は，酸素原子一個と水素原子二個とが，
H-O-Hとして共有結合した H2O です．
この H2O 分子がアボガドロ数集まったものは，
4℃・1気圧で，約18 mLの体積をもち，
約18 g の質量の液体です．

同じ酸素原子を組み込んでいながら，その組み込まれ方が異なれば，別の分子です．分子が別ならば，別の物質であって，物理的性質も化学的性質も大きく異なります．
二酸素として存在すれば，助燃性をもつ気体ですが，
酸素原子が水分子に組み込まれていれば，助燃性はありません．

つまり，助燃性という化学的性質は，
　　酸素原子が二個，共有結合している
という二酸素分子に固有の性質であって，
酸素原子の性質ではないのです．

「二酸素分子の酸素原子と水分子の酸素原子との働きの違いは，何によって起こるのか？」

この疑問への答えを探すのが化学者の仕事の一つでした．
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回答No.5

teppou

＞酸素は、物が燃えることを助ける効果があり、水素はそれ自体が燃えて、爆発を引き起こします。
　それぞれ、酸素分子、水素分子の働きです。燃焼して水分子になると燃焼する働きはなくなります。
　たとえ話をしますと、地面に落ちている小石は、人に対して特に害はありませんが、高い崖の上にある小石は、崖から落ちると下にいる人に致命的害を及ぼすことがあります。
　分子状の酸素と水素は、崖の上の小石のような状態です。
　酸素と水素を混ぜて火を点けるということは、崖の上の小石を崖の縁から押し出すことに相当します。
　燃焼は、小石が崖から落ちて地面に激しく衝突することに相当します。
　一旦崖から落ちた小石は、何らかの方法で崖の上に持ち上げられない限り、もう何もできません。
　このように考えてみてはいかがでしょうか。

回答No.4

noname#205416

何故に　その疑問に発展して　水の循環まで到達して無いのかが不思議なくらい・・

あなたが　言ってる様に　火事の時　水を使えば水素と酸素に分かれる・・

そして水素は爆発・・・等　考えてるのなら

　「どうして永久的に水が蒸発し気体になり雲になり雨となって降るのか」此処まで辿り着く筈なんだけどな・・

あなたの疑問を　そのまま解釈すれば　草木は　水の蒸発で燃え　地球は焼けて無くなってるのにな・・

回答No.3

raiden787

「酸化還元反応」「電子のやりとり」「化学エネルギー」「発熱反応」「吸熱反応」「イオン化傾向」あたりの用語を調べれば理解できるのではないかと思います。

簡単に説明すると水を構成する酸素原子と水素原子はすでに反応を終了して安定した状態になっているので通常はそれ以上爆発したり燃焼しません。
マグネシウムなどのイオン化傾向の大きい金属があるとさらに燃焼する場合はありますが。

回答No.2

kamisenbon

ものすごーく端折って言いますので正確な表現で無いことは承知で回答します。

水素が燃えるときに爆発するのは、水素原子と酸素原子が結合して水になる際に、莫大なエネルギーが発生するためです。
そこからさらに水を燃やそうとして加熱しても、水はエネルギー的に安定な状態ですのでそれ以上化学変化を起こしません。
先の回答にある通り、水はそれ以上燃えない「燃えカス」です。

爆発は化学反応を起こした際に発生した莫大なエネルギーで起こるものですので、そもそも化学反応が起きなければ爆発に必要なエネルギーも発生しません。
水を燃やそうと加熱したって、それ以上化学変化を起こしませんよね。結果、爆発に必要なエネルギーが発生しないので爆発しないのです。

回答No.1

t_ohta

燃焼とは光や熱を伴う酸化反応というのが科学的な定義です。

水素が酸化するとHが2個とOが1個でくっ付き安定した水と言う物質になるので、それ以上酸素がくっ付くことが難しく、燃焼反応が起きなくなります。

ようは、水は水素が酸化した結果できた水素の燃えカスです。
燃えカスなので、それ以上燃えません。