基礎知識 | 第2章 31節：主な気体の特性

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ここでは、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、アセチレン、窒素、希ガスの主な特性、酸素原子の電子配置、一酸化炭素と二酸化炭素の比較、空気の組成を解説します。

酸素

酸素の主な特性
分類	特徴
性状	20℃、1気圧で無色無臭の気体。液体酸素は淡青色で、強い磁石に引き寄せられる。
存在	大気中に体積の割合で約21％含まれる。
燃焼性	酸素自体は不燃性。燃焼を助ける支燃性がある。酸素濃度が高くなるにつれて、可燃物の燃焼は激しくなる。
反応性	反応性に富み、高温では一部の貴金属、希ガス元素を除き、他のほとんどの元素と化合物（特に酸化物）をつくる。白金・金・銀・不活性ガス・ハロゲン等とは直接化合しない。
溶解性	水にあまり溶けない。

酸素の特性にある「希ガス元素」と「不活性ガス」は、ここでは同じ元素を指します。希ガスは、他の物質と反応しにくい性質から、不活性ガスとも呼ばれます。

実験室では、触媒を使用して過酸化水素を分解してつくります。

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

二酸化炭素の主な特性
分類	特徴
生成	炭素または炭素化合物の完全燃焼により生成する。
性状	空気より重く、無色・無臭の不燃性の気体。消火剤として使用される。
空気との比較	1モル当たりの空気質量は約29g。これに対し、二酸化炭素CO₂は12+16×2＝44gであるため、空気より重い。
人体への影響	通常は人体に無害だが、空気中の濃度が高くなると有害となる。
溶解性	水に溶け、その水溶液（炭酸水）は弱酸性を示す。
状態変化	1気圧では液体にならず、-79℃で昇華して固体（ドライアイス）となる。ただし、加圧した状態で温度を下げると、容易に液化する。

一酸化炭素の主な特性
分類	特徴
生成	炭素または炭素化合物の不完全燃焼により生成する。
毒性	人体に極めて有毒である。
性状	空気より軽く、無色・無臭の可燃性の気体。
燃焼	空気中で点火すると、淡青色（青白い）の炎をあげて燃焼し、二酸化炭素になる。
溶解性	水にほとんど溶けない（わずかに溶ける程度）。
液化	沸点が-192℃で、液化しにくい。

水素の主な特性
分類	特徴
軽さ	原子番号1の元素で、物質中最も軽い。このため空気中では拡散しやすい。
性状	無色・無臭の気体。
燃焼性	可燃性で、淡い青色の炎をあげて燃焼し、水を生じる。炎は見えにくい。
燃焼範囲	4～75％で非常に広い。
溶解性	水には溶けにくい。

水素は、酸素と反応して水を生じます。

2H₂ + O₂ → 2H₂O

アセチレンの主な特性
分類	特徴
構造	構造式H-C≡C-Hで、三重結合を持つ。
反応性	このため、他の物質と付加反応をおこしやすい。
臭い	純粋なものは無臭だが、市販されているものは通常、硫黄化合物などの不純物を含むため、特有の臭いを持つ。
燃焼	酸素と混合して完全燃焼させたときの炎の温度は3,330℃にも及ぶため、鉄の切断や溶接に広く使われている。

実験室では、炭化カルシウム（カーバイド）に水を作用させてつくります。

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂

アセチレンに水を加えると、アセトアルデヒドが生成します。アセトアルデヒドの生成には、水銀塩の触媒が必要です。

C₂H₂ + H₂O → CH₃CHO

窒素の主な特性
分類	特徴
性状	原子番号7の元素で、無色・無味・無臭の気体。
液体窒素	窒素の気体を冷却した液体窒素は、無色透明で流動性が大きい。
大気中の存在	大気中の体積の割合で約78％を占めている。
性質	不燃性で、水に溶けにくく、20℃では不活性である。
用途	消火剤としても使用される。
高温・高圧での反応	高温・高圧では、多くの元素と直接化合するため、アンモニアや酸化窒素など多くの窒素化合物をつくる。
呼吸との関係	生物は窒素を酸素と共に吸い込んで、二酸化炭素と共に吐き出している。体に吸収されにくいが、高圧下では体内に溶け込み、急に減圧すると気泡となって潜水病（減圧症）の原因になる。
生体中の窒素	アミノ酸およびタンパク質の構成元素であり、アンモニウム塩、硝酸塩などとしても生体中に存在する。

希ガスの主な特性
分類	特徴
定義	周期表の第18族に属する元素のこと。
元素	ヘリウム（He）、ネオン（Ne）、アルゴン（Ar）、クリプトン（Kr）、キセノン（Xe）、ラドン（Rn）。
安定性	希ガスの原子はとても安定しているため、他の原子と結合しにくい。
反応性	そのため、他の物質と反応しにくく、ほとんど化合物をつくらない。

場所や時間によって変化する水蒸気を除き、この割合はほぼ一定です。

一酸化炭素と二酸化炭素の性質について、次のうち誤っているのはどれか。