水素を作り出す原理を考えてみる

日常に感じたことを化学に結び付ける

私たちが子供の頃に比べて、気温がずいぶん高くなったと感じます。
特に夏、確実に体感温度が変わりました。

気温上昇の要因のひとつとして、地球温暖化の影響があげられています。
そんななか、二酸化炭素を排出しないエネルギーとして、水素エネルギーが注目されています。

JR東日本が水素を動源力にしたハイブリット鉄道車両を開発する、という記事も見かけました。

特許翻訳者を目指す一人として、水素エネルギーは注視すべきキーワードの一つです。
水素は、環境にやさしい、持続可能なエネルギーとして期待されています。

今日は、その水素ができる反応、水の電気分解について取り上げてみます。

水の電気分解　どんな反応？

水の電気分解とは、一言で説明すると
水に電気を流すと、水素と酸素ができるというものです。（かなりざっくりしてますが）

反応を詳しく見ていきます。

https://www.dreamstime.com/water-electrolysis-process-scientific-chemistry-diagram-vector-illustration-educational-poster-water-electrolysis-process-image114367403

通常、水に電気を流しやすくするため、水酸化ナトリウムを加えた溶液を使います。

電源のプラス側を正極、マイナス側を負極と言います。
電源の負極につながった電極を「陰極」、正極につながった電極は「陽極」です。
電流はプラスからマイナスに流れますが、電子はマイナスからプラスに流れます。

つまり、負極から電子が流れるということです。

反応は、電子の動きに注目

負極から電子が流れいくと書きましたが、その電子は、つながっている陰極に流れます。

陰極には流れてきた電子が集まり、マイナスに帯電します。
一方、陽極はプラスに帯電します。

（陰極では）
マイナスに帯電した陰極には、陽イオンが集まってきます。

溶液中の陽イオンは、水酸化ナトリウムのNa⁺と水に含まれるH⁺です。

イオン化傾向はNa＞Hで、Naのほうがイオン化傾向が大きいので、H⁺が電極から流れてきた電子をうけとって（還元反応）、水素　が発生します。
反応式　2H⁺ ＋ 2e⁻ → H₂　････①

（陽極では）
プラスに帯電した陽極には、陰イオンが集まってきます。

溶液中のマイナスイオンはOH⁻です。OH⁻は陽極で電子を放出して（酸化反応）、酸素　が発生します。
反応式　4OH⁻ → O₂ ＋ 2H₂O ＋ 4e⁻　････②

①と②の反応をあわせます
電子の数を合わせるために、①を2倍する
①×２　　4H⁺ ＋ 4e⁻ → 2H₂

①＋②で

2H₂O → 2H₂ ＋ O₂

初めにざっくりと一言で表した、水を分解すると水素と酸素が発生する　という反応式になっていますね。

水素をつくりだす、水の電気分解の原理です。

水素はまだまだ奥が深い

水素エネルギーに関する検索をいろいろしていると、作り出した水素をエネルギーとして活用するためには、低コストで大量につくりだすこと、貯蔵や輸送などが課題になっているようでした。

液化水素という新たなキーワードにつながりました。

今日は時間切れ。このキーワードと主力企業をマインドマップにまとめたので、特許へとひろげていきます。