クエリ: 地殻中に含まれるカリウム40の崩壊によって生じるため、大気中に約1%含まれている、元素記号Arで表される気体は何でしょう?
文章: カリウム40 特にカリウム40およびウラン235は半減期の関係で地質時代の過去において発熱量の主因となっていた。地球のような岩石惑星にはカリウム40が多量に存在し、この放射性崩壊により生成された アルゴン40(Ar) が大気中に多量に蓄積している。地球大気中の希ガス元素のうちアルゴンの存在量が圧倒的に多く、また太陽大気中のアルゴンの同位体比が Ar : 84.2%, Ar : 15.8%, Ar : 0.026% であるのに対し、地球大気中では Ar : 0.3365%, Ar : 0.0632%, Ar : 99.6003%と、Ar が圧倒的に多くなっているのもこのためである。
文章: 気象 地球の大気は地表から高度数百km程度までで、地表から順に対流圏、成層圏、中間圏、熱圏と命名され、これらの層内には地球の重力に捉えられた気体が存在している。地表から熱圏と中間圏の境界である高度約80kmまでは、大気の組成は窒素約78%・酸素約21%・その他微量成分1%で一定であり、それ以上の高度では高度が上がるに従い分子量の大きな重い成分から減少する。高度約80kmまで成分が一定なのは、この範囲で空気の混合が起こっているためである。そのため、気象現象が起こる範囲はこの高度約80kmまでと考えることが多い。 地表の気圧は標準大気圧1 気圧(= 1013.25 hPa)の前後数十hPaの範囲内にある。高度が上がるに従い気圧は低くなり、また気温も低くなる。ただし、気温が低下するのは赤道付近では約16kmまで、中緯度では約11kmまで、北極・南極付近では約8kmまでである。これ以上の高度に行くと気温は一定か逆に上昇する。この気温低下の止まるところを対流圏と成層圏の境界、対流圏界面といい、ほとんどの気象現象はこの対流圏内で起こる。地上に雨を降らせる雲は対流圏内に存在する。もくもくと湧き上がる背の高い積乱雲も、対流圏界面を突き抜けることはない。一方、成層圏や中間圏にも強い風が吹いている ほか、真珠母雲や夜光雲が発生するが、対流圏に影響を与えることはほとんどない。 地球上に起こる気象は、太陽の活動により地球に供給されるエネルギー(放射エネルギー)に由来している。太陽が発している放射エネルギーを太陽放射といい、ほぼ全量が電磁波であり、そのうち47%が波長0.4 - 0.7μmの可視光線(人間の目に見える光)、46%が波長0.7 - 100μmの赤外線、7%が波長0.4μm以下の紫外線である。なお、生物に有害な波長0.2μm以下の紫外線のほとんどは散乱されたり大気上層(オゾン層)の成分により吸収されたりして、地表にほとんど到達しない。地球に入ってくる太陽放射を100とすると、30は反射によりすぐに宇宙に放出され、残りの70が地球の大気や地面、海洋などに吸収されて熱となる、 文章: コペルニシウム CnCl4陰イオンやCnBr4陰イオンも、水溶液中で存在しうるはずである。熱力学的に安定なCnF2やCnF4の形成は、キセノンの化学的性質に類似している。シアン化水銀(II)(Hg(CN)2)のように、安定なシアン化物であるシアン化コペルニシウム(II)(Cn(CN)2)を形成すると考えられる。コペルニシウムは密な金属で、300K、液体状態での密度は14.0 g/cmである。これは、水銀の密度である13.534 g/cmと近い(同じ温度での固体コペルニシウムは、より高密度の14.7 g/cmと考えられる)。この結果は、水銀と比べたコペルニシウムの原子量の高さが原子間距離の長さを補っているためである。いくつかの計算は、閉殻電子配置のためにコペルニシウムが室温で気体であると予測し、周期表上、最初の気体金属としている。 文章: 水銀 水銀(すいぎん、英: mercury、羅: hydrargyrum)は、原子番号80の元素。元素記号は Hg。汞(みずがね)とも書く。第12族元素に属す。常温、常圧で凝固しない唯一の金属元素で、銀のような白い光沢を放つことからこの名がついている。硫化物である辰砂 (HgS) 及び単体である自然水銀 (Hg) として主に産出する。水銀には、三方晶系のα-Hgと、正方晶系のβ-Hgの2種の同素体がある。 文章: コペルニシウム コペルニシウムまたはその化合物で実測されている性質は非常に少ない。これは、生産が非常に限られておりまた高価であることや、非常に早く崩壊するためである。沸点等、いくつかの化学的性質は実測されているが、金属コペルニシウムの性質の多くは不明であり、予測値のみが利用可能である。コペルニシウムは、10番目で最後の6d元素であり、最も重い第12族元素である。周期表上では、亜鉛、カドミウム、水銀の下に位置するが、より軽い他の第12族元素とは性質がかなり異なることが予測されている。第12族元素と第7周期元素の最外殻のs小軌道は、コペルニシウムにおいて、相対論的に最も強く収縮すると予測される。このこととコペルニシウムが閉殻であることにより、コペルニシウムは、貴金属としての性質が強くなる。Cn/Cnに対しては、標準還元電位として+2.1 Vが予測される。 文章: カリウム 英語の potassium(ポタシウム)という名称は、potash という言葉に由来する。これは、様々なカリウム塩を抽出する初期の方法で、木や葉を燃やした灰 (ash) を鍋 (pot) に入れ、水を加えて加熱し、溶液を蒸発させるというものである。1807年にイギリスのハンフリー・デービーが電気分解によってカリウム元素を単離した際に、potash に因んで potassium と命名した。 「カリウム」という名称および元素記号"K"は、アルカリの語源である kali に由来しており、kali はアラビア語で「植物の灰」を意味する アラビア語: (al-qalyah) に由来する。1797年、ドイツのマルティン・クラプロートは、リューサイト(英語版)とリチア雲母という鉱物の中に potash を発見し、potash が植物の成長の産物ではなく、実は新しい元素を含んでいることに気付き、これを kali と呼ぶことを提案した。1807年、ハンフリー・デービーが電気分解によってこの元素を単離した。1809年、ドイツのルートヴィヒ・ヴィルヘルム・ギルバート(英語版)がデービーの potassium に Kalium という名前を提案した。1814年、スウェーデンのイェンス・ベルセリウスは、kalium という名称と元素記号"K"を提案した。 英語圏とフランス語圏ではデービーが提案した「ポタシウム」という名称が採用され、ドイツ語圏ではギルバートが提案した「カリウム」という名称が採用された。国際純正・応用化学連合 (IUPAC) では、元素記号はドイツ語からKとした一方、IUPAC名は英語から potassium としている。 文章: 水素 水素は、ガス惑星の内部など非常に高い圧力下では性質が変わり、液状の金属になると考えられているが、1996年にローレンス・リバモア国立研究所のグループが、140 GPa(1 GPa = 約1万気圧)、数千°Cという状態で、100万分の1秒以下という短寿命ではあるが、液体の金属水素を観測したと報告している。木星型惑星(木星・土星)の深部は非常に高い圧力になっており、液体金属水素が観測された条件と似ている。木星型惑星を構成するもっとも主要な元素のひとつである水素は、この状況下では金属化している可能性があり、惑星の磁場との関わりも指摘されている。しかしながら、2017年現在、数百GPaのオーダーで圧力を加える実験が行われているものの、固体の金属水素が得られたという十分な証拠が示されたことはない。金属化そのものが達成されていないためにその真偽はいまだ不明であるが、Ashcroft (1968, p. 文章: Ppm 主に濃度を表すために用いられる(この場合、百分率は適切ではない)が、不良品発生率などの確率を表すこともある。 二酸化窒素などの大気汚染物質をはじめとする公害分野や、食品添加物や農薬などの濃度、岩石中の微量元素の組成、半導体中の不純物量を示す目的などでよく用いられる。 気体中の気体については体積比を用い、液体・固体中の液体・固体では重量比を用いるのが一般的である。なお、水溶液中の濃度については、「1 kg = 1 L」と近似して「mg/L = ppm」とし、不純物等の濃度の単位として用いられる。ちなみに、日本国内では一般的な水道水の遊離残留塩素濃度は約0.4ppm、浄水器を使った場合は約0.1ppmである。 文章: クラーク数 クラーク数(クラークすう、英: Clarke number)とは地球上の地表付近に存在する元素の割合を質量パーセント濃度で表したものである。一番多いのは酸素で、ケイ素、アルミニウム、鉄の順に続く。「クラーク数」ということばは人によって意味が違い、紛らわしいため使われなくなった。似たようなことばとして「地殻中の元素の存在度」がある。 文章: 人工元素 人工元素(じんこうげんそ)は、人工的に合成された元素(同位体)の総称である。人工放射性元素とも呼ばれる。 天然には存在しない4つの元素(テクネチウム、プロメチウム、アスタチン、フランシウム)と、超ウラン元素はほぼすべて人工元素である。これらは半減期の短い放射性元素であるため、自然界には極めて僅かしか存在が確認されない。通常は、原子核に高いエネルギーを持たせた荷電粒子や、γ線、中性子などをぶつけて合成する。 人工の放射性同位体としては1934年にフレデリック・ジョリオ=キュリーとイレーヌ・ジョリオ=キュリーの夫妻が放射性リン (30P) を得たのが最初で、元素としては1937年に得られたテクネチウムが最初である。 現在では、元素番号93以降(Np、Pu、Am、Cm、Bk、Cf、Md、No、Lr、Rf、Db、Sg、Bh、Hs、Mt、Ds、Rg、Cn、Nh、Fl、Mc、Lv、Ts、Og)の24個のみ発見されている。 文章: ルビジウム ルビジウムは地殻中に23番目に多く存在する元素である(地殻中の元素の存在度も参照)。おおよそ亜鉛と同程度に豊富であり、いくぶんか銅よりも普遍的である。自然での産出は、白榴石(英語版)、ポルサイト、カーナライト、チンワルド雲母などの鉱石に、酸化物として最大で1%ほど含有されている。リチア雲母は0.3%から3.5%のルビジウムを含み、商用ベースのルビジウム源として利用されている。いくつかのカリウム鉱石や塩化カリウムも、商業的に重要な量のルビジウムを含んでいる。 海水中には、平均して1 L当たり125 μgのルビジウムが含まれている。同族の他の元素と比較すると、1 L当たり408 mg含まれるカリウムより大幅に少なく、1 L当たり0.3 μg含まれるセシウムよりは大幅に多い量である。 ルビジウムはそれなりに大きなイオン半径を有しているため、「不適合元素」の1つである。マグマの結晶分化の間、ルビジウムはルビジウムより重く類似した性質を持つセシウムと共に液相に濃縮され、最後に結晶化する。したがってルビジウムおよびセシウムは、これらの濃縮過程によって形成されるペグマタイト鉱物に堆積する。ルビジウムはマグマの結晶化においてカリウムと置換するため、セシウムの場合ほど効果的には濃縮されない。ポルサイトのようにセシウム鉱床とするに十分な量のセシウムを含むペグマタイト鉱石や、リチウム鉱石であるリチア雲母は、副生物としてのルビジウム源でもある。 文章: 大気化学 大気中の硫黄化合物は、酸化還元反応をもたらす点と、不揮発性の硫酸エアロゾルを形成する点で、大気中の化学反応に非常に大きな効果をもたらしている。主要な物質としては硫化水素、硫化ジメチル(CH3SCH3)、二硫化炭素、硫化カルボニル、二酸化硫黄などがある。このうち二酸化硫黄の排出量と二酸化炭素の排出量には強い相関があることが分かっている。産業革命が生成する以前は、海洋のプランクトンが硫化ジメチルを介して大気中の硫黄化合物の反応を支配していたとされる。窒素は通常の状態では反応性に乏しいが、太陽放射のエネルギーを受けることにより化学反応に寄与する。またアンモニア(NH3)をはじめとして生命活動の関連も強い。窒素酸化物(NOx、ノックス)としては一酸化窒素、二酸化窒素、一酸化二窒素、五酸化二窒素などがある。 文章: 大気散逸 地球における水素の大気散逸は、ジーンズ散逸 (~10 - 40%)、電荷交換 (~60 - 90%)、極風 (~10 - 15%) によって発生しており、1秒あたり 3 kg の水素原子が散逸している。これに加えて、およそ 50 g 毎秒のヘリウムが、主に極風によって地球から散逸している。その他の大気成分の散逸はずっと少ない。2017年には日本人の研究チームによって、月の少数の酸素イオンは地球から散逸した大気が起源であるという証拠が発見された。 10億年のうちに太陽は現在よりも10%明るくなる。これにより、地球から十分な水素が宇宙空間へ散逸し、地球上の全ての水が失われるのに十分なほど高温になる。 その他、水素原子と同様の過程で重水素の散逸や、地球コロナ(英語版) (ジオコロナ) からの解離性再結合による酸素原子の散逸が発生している。 文章: 炭素 宇宙での存在比は水素、ヘリウム、酸素に次いで多い。炭素は太陽や恒星、彗星のなかにも豊富に存在し、さまざまな惑星の大気にも含まれている。まれに隕石の中から微細なダイヤモンドが見つかることがあり、これは太陽系が原始惑星系円盤だったころ、またはそれ以前に超新星爆発時に生成されたものと考えられている。 地球上でみると必ずしも割合的に非常にたくさん存在している元素というわけではない。地球の地表及び海洋の元素分布では炭素は重量比0.08%にすぎない(これはチタンやマンガンを下回る)。ただ炭素は他の元素との結びつき方で、性質の異なる驚異的なほど多彩な化合物を作り出し、地球環境の中に存在している(後述)。 地殻中の元素の存在度では15番目に多い炭素の約9割が鉱物として存在し、中でも還元された形、すなわち炭素粒・石油・石炭・天然ガス中が4分の3以上を占める。4分の1が炭酸塩の岩石(石灰岩、苦灰岩 (CaMg(CO3)2)、結晶質石灰岩など)である。海洋など水に溶け込んだ炭酸も多く、その量は炭素量で36兆トン存在する。ついで生物圏に1兆9,000億トン、大気圏の二酸化炭素として8,100億トンがある。 文章: プルトニウム ウラン鉱石中にわずかに含まれていることが知られる以前は、完全な人工元素と考えられていた。超ウラン元素で、放射性元素である。プルトニウム239、プルトニウム241その他いくつかの同位体が存在している。半減期はプルトニウム239の場合約2万4000年(α崩壊による)。比重は19.8で、金属プルトニウムは、ニッケルに似た銀白色の光沢を持つ大変重い金属である(結晶構造は単斜晶)。融点は639.5 °C、沸点は3230 °C(沸点は若干異なる実験値あり)。硝酸や濃硫酸には酸化被膜ができ、溶けない。塩酸や希硫酸などには溶ける。原子価は+3~+6価(+4価が最も安定)。金属プルトニウムは、特に粉末状態において自然発火することがある。塊の状態でも、湿気を含む大気中では自然発火することがあり、火災の原因となる。プルトニウムとその化合物の化学的な毒性は、他の一般的な重金属と同程度である。またプルトニウムは放射性崩壊によってα線を放出するため、ヒトを含む動物の体内、特に肺に蓄積されると強い発癌性を示すとされている。 原子炉において、ウラン238が中性子を捕獲してウラン239となり、それがβ崩壊してネプツニウム239になり、さらにそれがβ崩壊してプルトニウム239ができる(原子炉内では他のプルトニウム同位体も多数できる)。ウラン238は天然に存在するのでネプツニウム239とプルトニウム239は微量ながら天然にも存在する。また半減期が約8000万年とプルトニウム同位体の中では最も長いプルトニウム244も微量ながら天然に存在する。なお、プルトニウム239およびプルトニウム240とそれらの放射壊変物の飛沫の吸引は 世界保健機関(WHO)の下部機関IARCにより「発癌性がある」(Type1)と勧告されている。 プルトニウムは主に核兵器の原料や、プルサーマル原子力発電におけるMOX燃料として使用される。人工衛星の電源として原子力電池として使用されたこともある。核テロリズム・原子力事故防止のため、プルトニウムの所在は国際機関や各国政府により厳しく監視・管理されている。日本は2020年末時点で、英仏への再処理委託により生じた分を含めて国内に約8.9トン、海外に約37.2トン、合計で約46.1トンのプルトニウム(うち核分裂性は約30.5トン)を保有している。 文章: 大気イオン 大気イオンは大気中の電離作用により生成されるが、中性気体との反応や正負イオンの再結合、エアロゾルへの付着を経て消滅する。大気イオンの寿命はエアロゾル濃度の影響を受け、高濃度環境(約10cm)では数十秒、清浄な低濃度環境(約10cm)では1,000秒以上である。 大気中の電離作用としては以下に挙げるようなものが考えられている。また、電離による大気イオン生成の指標として、単位体積、単位時間当たりの電離量(単位はJ)が用いられる。 大気を電離させる放射線として、宇宙線、土壌の放射性核種から放出されるガンマ線、大気中の放射性核種(ラドン、トロン系)から放出されるアルファー線がある。対流圏における宇宙線の電離量は、高度の上昇と共に増加する。 土壌の放射性核種による電離量は、土壌の特性(水分量、積雪など)の影響を受ける。ラドンは土壌や岩石中に含まれるが、これが大気中に散逸し、風により輸送され、その濃度は散逸率、気象条件、高度などに依存する。