平成27年度 問21

水素に関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。

1. 質量数の異なる3種の同位体がある。
2. 重水素と酸素からできる水を重水という。
3. 宇宙でケイ素に次いで存在量の多い元素である。
4. パラジウムには多量に吸収される。
5. オルト水素とパラ水素の2種類の分子がある。

解答解説

正答は3番です。

水素は宇宙で最も豊富な元素であり、全宇宙の元素のおよそ90％を占めています。対して地球を構成する元素としては、酸素、ケイ素に次いで3番目に多いのが水素です。

1番の水素には、水素：¹H、重水素：²H（ジュウテリウム：D）、三重水素：³H（トリチウム：T）の質量数の異なる3種の同位体が存在します。

4番のパラジウムは水素を多量に吸収する性質があり、水素化反応の触媒などに利用されています。

5番のオルト水素とパラ水素の主な違いはいくつかあります。特性の違いは水素分子の核スピン状態に起因しており、化学的性質にはほとんど影響を与えませんが、物理的性質（特に低温での挙動）に大きな影響を及ぼします。

• オルト水素は2つの陽子のスピンが同じ方向（平行）に揃っており、パラ水素は反対方向（反平行）
• パラ水素はオルト水素よりも低いエネルギー状態
• 常温（室温）では、オルト水素：パラ水素 = 約3：1の比率で存在（この状態がノルマル水素）
• 低温になるほどパラ水素の割合が増加し、液体水素の温度（約-253℃）では、ほぼ100%がパラ水素になる

参考資料

水素化学のフロンティアに触れてみよう

www.nipponsteel.com

パラジウムによる水素吸収と水素化反応

www.jstage.jst.go.jp

2種類の水素

klchem.co.jp