水素：非常に現実的な影響をもたらす目に見えない元素

発見の歴史

水素は 18 世紀に別個の物質として確認されました。ロバート・ボイルのような科学者は、17 世紀には金属が酸と反応すると可燃性ガスが発生することを観察していました。しかし、それは1766年それヘンリー・キャベンディッシュこのガスを分離し、体系的に研究しました。彼はそれを「可燃性空気」と呼び、燃やすと水が発生することを実証しました。
で1783年、アントワーヌ・ラヴォアジエキャベンディッシュの結果を正しく解釈し、水は元素ではなく化合物であることを実証しました。彼はこのガスに名前を付けました水素、「水を生成するもの」を意味します（ギリシャ語から）ハイドロ= 水とジェノヴァ= 作成します)。この発見は現代化学の出現において決定的なものでした。

構造と基本特性

水素 (記号 H、原子番号 1) は、単一の陽子と電子から構成される最も単純な化学元素です。最も一般的な同位体であるプロチウム (¹H) には中性子がありません。他に 2 つの同位体が存在します。1 つは安定で天然に少量存在する重水素 (2H)、もう 1 つは放射性で半減期が約 12.3 年の三重水素 (3H) です。
室温では、水素は二原子ガス (H₂) の形で存在し、非常に軽く (密度 ≈ 0.08988 g/L)、無色、無臭で、引火性が高くなります。 13.99Kで溶け、20.27Kで沸騰します。

化学反応性

水素は強力な還元剤であり、ハロゲン、酸素、硫黄、金属などの多くの元素と化学結合を形成します。水素化物を形成し、状況に応じて酸（プロトン供与体）または塩基として振る舞うことができます。特に金属酸化物の還元または有機化合物の水素化に使用されます。

産業および技術用途

水素は次のように使用されます。

• でアンモニアの合成(ハーバー・ボッシュ法)、
• で石油精製(水素化処理)、
• で燃料電池(電気への直接電気化学変換)、
• として極低温燃料ロケット用 (H₂ + 液体 O₂)、
• としてエネルギーベクトル脱炭素経済（「グリーン」水素）。

天体物理学と宇宙論における役割

水素は宇宙のバリオン質量の約 75% を占めています。ビッグバンの時に大量に合成されました。恒星では、陽子間サイクルまたは CNO サイクルを介した熱核融合反応の燃料として機能します。
星間物質では、原子 (HI)、分子 (H₂)、またはイオン化 (H⁺) の形で存在します。その 21 cm の線は、銀河構造をマッピングするための主要な電波天文学ツールです。

基礎物理学における重要性

水素原子は最も単純な量子系であり、量子力学と量子電気力学 (QED) の予測をテストするためのモデルとして機能します。非常によく測定されたその電子スペクトル (ライマン線、バルマー線など) により、基本定数を制約し、時間または空間におけるこれらの定数の変化に関する仮説を探索することが可能になります。