水の電気分解で水素原子が0.8モルになる理由

水の電気分解では、化学反応式において水1モルが水素ガスと酸素ガスに分解されますが、その際に水素原子が0.8モルになる理由については、反応のメカニズムを理解することが重要です。この記事では、なぜ水0.4モルに対して水素原子が0.8モルとなるのかを解説します。

水の電気分解の反応式

水の電気分解反応は、次のように表されます。

2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)

この反応では、2モルの水（H2O）が電気分解されて、2モルの水素ガス（H2）と1モルの酸素ガス（O2）に分解されます。つまり、1モルの水から1モルの水素ガスが生成されると考えがちですが、実際には1モルの水分子の中に水素原子が2個含まれているため、1モルの水分子が解離すると、2モルの水素原子が生成されます。

水の電気分解と水素原子の生成

水分子H2Oは水素原子2個と酸素原子1個から成り立っています。電気分解が進行すると、1モルの水が解離して1モルの水素ガス（H2）と1モルの酸素ガス（O2）が生成されます。水素ガスはH2分子であり、1モルのH2分子は2モルの水素原子を含んでいます。

したがって、水0.4モルを電気分解した場合、水素原子は0.8モル生成されることになります。水素ガスは2つの水素原子からなるため、0.4モルの水分子から0.8モルの水素原子が放出されるということです。

化学反応式とモル数の関係

化学反応式の係数は、反応に関与するモル数の比率を示していますが、水分子1モルに対して水素ガス1モルが生成されるわけではなく、水素原子は2モル生成されるという点がポイントです。反応式で水素ガス1モルが生成される際に、2モルの水素原子が放出されることから、このような結果が生じます。

これは、化学式の「H2」分子が2つの水素原子からなることに起因しています。したがって、水素ガス1モルあたりに含まれる水素原子は2モルであるため、0.4モルの水から0.8モルの水素原子が得られることになります。

まとめ

水の電気分解では、水0.4モルに対して水素原子が0.8モルになる理由は、水分子1モルに対して水素原子が2モル含まれているためです。化学反応式では水分子が2つの水素原子を含んでいることを理解し、水素ガスが生成される際に水素原子が2倍であることを考慮することが重要です。