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光触媒で水素を発生させるとき、酸素と結び付いて水になりませんか？
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水素と酸素の気体をそのまま放置しても、まず、水はできません。 物質が反応するためには、ある程度のエネルギーのヤマを超えられるだけのエネルギーを外から与える必要があります。 ご質問の環境は、紫外線を当てて、高エネルギー状態にしています。エネルギーの高い状態では、水よりも酸素と水素の状態の方が安定なので、逆反応であるご質問の現象も起きますが、基本的には２つに分解されます。 そして、触媒＆紫外線がない部分では、水素と酸素が反応するエネルギーが与えられていませんから、勝手に反応が進むコトは無いわけです。 化学反応は、エネルギーの低い方にばかり進むわけではなく、エネルギーの過不足がない、安定した状態を求めて平衡が動きます。 この辺は、酸化銅は、加熱すると銅に戻り、普通の状態だと酸化が進むという例もありますので、ご存じかと思います。 また、分解反応は、分子１個でできますが、結合反応は、２種類の分子が出会う必要があるので、熱が少ない状態（分子運動があまりない状態）では、結合反応の方が起こりにくかったりもします。熱を与えない形でエネルギーだけ与えているというのが、光触媒のミソなのかもしれませんね。
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