酸水素

酸水素は水素（H ₂）と酸素（O ₂ ）の混合ガスです。この混合ガスは耐火材料を処理するためのトーチに使用され、溶接に使用された最初の混合ガスでした^。 理論的には、水素：酸素の比率が2：1であれば最大効率を達成できますが、実際には酸化炎を避けるために4：1または5：1の比率が必要です。^[2]

この混合物はクナルガス（スカンジナビア語とドイツ語のKnallgas、文字通り「爆発ガス」 ）とも呼ばれるが、一部の著者はクナルガスを燃料と完全燃焼に必要な正確な量の酸素の混合物の総称と定義しており、したがって2:1の酸水素は「水素クナルガス」と呼ばれる。^[3] 

「ブラウンガス」と HHO は疑似科学に由来する酸水素の用語ですが、HHO はH ₂ Oを意味するため、x H ₂ + y O ₂の方が好まれます。

酸水素は、自然発火温度に達すると燃焼します。空気中の化学量論的混合物の場合、通常の大気圧では、自然発火は約570 °C（1065 °F）で起こります。^[4] このような混合物を低温で火花で点火するために必要な最小エネルギーは約20マイクロジュールです。^[4]標準温度および圧力 では、酸水素は体積比で約4%から95%の水素を含むときに燃焼します。^{[5] [4]}

点火されると、ガス混合物は水蒸気に変換され、 反応を維持するためのエネルギーを放出します。燃焼したH ₂ 1モルあたり241.8 kJのエネルギー（LHV）です。放出される熱エネルギーの量は燃焼モードに依存しませんが、炎の温度は変化します。^[6] 約2,800 °C（5,100 °F）の最高温度は、正確な化学量論的混合物で達成され、空気中の水素炎よりも約700 °C（1,300 °F）高温です。^{[7] [8] [9]} どちらかのガスがこの比率を超えて混合される場合、または窒素などの不活性ガスと混合される場合、熱はより多くの量の物質に広がる必要があり、炎の温度が低下します。^[6]

酸水素は爆発性があり、点火すると爆発して大量のエネルギーを放出します。水素と酸素は簡単に入手できるため、教室で教師が風船にガスを充填する場面でよく実演されます。^[10]

純粋な化学量論的混合物は、電流を使用して水分子を解離する 水の電気分解によって得られます。

電気分解：2 H ₂ O → 2 H ₂ + O ₂

燃焼: 2 H ₂ + O ₂ → 2 H ₂ O

1800 年にウィリアム ニコルソンが初めてこの方法で水を分解しました。理論上は、熱力学の第一法則が示すように、閉鎖系の入力エネルギーは常に出力エネルギーに等しくなります。しかし、実際には完全に閉じた系はなく、熱力学の第二法則が示すように、最大​​実用効率であっても、酸水素を生成するために必要なエネルギーは常に燃焼によって放出されるエネルギーを上回ります(水の電気分解#効率を参照)。

酸水素ランプには多くの形態があるが、例えばライムライトは、酸水素の炎を使って生石灰を白熱灯 に加熱するランプである。^{[11]酸水素の爆発性のため、ライムライトは}電気照明 に置き換えられた。

酸水素吹管の基礎は、18世紀後半の四半世紀頃にカール・ヴィルヘルム・シェーレとジョセフ・プリーストリーによって築かれた。酸水素吹管自体は、 18世紀後半から19世紀初頭にかけて、フランス人のボシャール・ド・サロン、イギリスの 鉱物学者 エドワード・ダニエル・クラーク、アメリカの 化学者 ロバート・ヘアによって開発された。 ^[12]プラチナ、磁器、耐火レンガ、コランダムなどの耐火物を溶かすのに十分な高温の炎を発生させ、科学のさまざまな分野で貴重なツールであった。^{[13]合成コランダムを製造する}ベルヌーイ法で使用されている。^[14]

酸水素トーチ（水素トーチとも呼ばれる）は、水素（燃料）と酸素（酸化剤）を燃焼させる酸素ガストーチである。金属、ガラス、熱可塑性プラスチックの切断や溶接に用いられる^[15]。^[11]

アーク溶接やアセチレン燃料切断トーチなどの他の酸素燃料トーチとの競合により、酸水素トーチは現在ではほとんど使用されていませんが、一部のニッチな用途では依然として好ましい切断ツールとなっています。

かつて白金の加工には酸水素が使われていましたが、それは当時、白金を1,768.3 °C (3,214.9 °F) まで溶かすほどの高温で燃焼できるのは酸水素だけだったからです。^{[6]これらの技術は}電気アーク炉に取って代わられました。

酸水素については、さまざまな誇張された主張がされている。^{[16] [17] [18]}これはしばしば「ブラウンのガス」または「HHOガス」と呼ばれ、この用語は異端の物理学者^[19] ルッジェロ・サンティリによって広められた。サンティリは、特殊な装置で生成されたHHOガスは「マグネキュール」という異端の理論に基づいて、新しい特性を持つ「新しい形の水」であると主張した。^[18]

酸素水素については、放射性廃棄物を中和する能力や植物の発芽を助ける能力など、他の多くの疑似科学的な主張がなされてきました。^[18]

酸水素は、水を燃料として利用すると主張する車両に関連してよく言及される。このガスを燃料または燃料添加剤として使用するために車載で生成することに対する最も一般的で決定的な反論は、水分子を分解するのに必要なエネルギーが、生成されたガスを燃焼して回収できるエネルギーよりも常に多いというものである。^{[17] [20]}さらに、電気分解によってオンデマンドで消費するために生成できるガスの量は、内燃機関によって消費される量と比較すると非常に少ない。^[21]

2008年のポピュラーメカニクス誌の記事では、酸素水素は自動車の燃費を向上させないと報告されている。^[22]

「水燃料」自動車は、水素が他の場所で生成されて燃料として使用されたり、燃料強化として使用される水素燃料自動車と混同しないでください。