2008年05月24日
水の特徴、物性を探るその３ 水の沸点は100℃なのに、常温で洗濯物が乾く （蒸発、気化する）のはなんでか？ ～『水素結合』がもたらす、水の特性～
●常温で水が気化するのはなんで？
水の物性を探る２に続けたいと思います。
＞僕らの住む｢地球｣では、水は常温では液体であり、100℃をこえると水蒸気(気体)となり、、、、、＜
フンフンと何げに読よみすごしてしまいますが、「水は常温で液体」これって本当？洗濯物は常温でも（100℃に達していなくても）乾きます。降った雨も、お皿の水も100℃でなくても気化しますよね。つまり実際は常温でも、水は液体から気体に気化しているという事実がありますね。なんで？。改めて考えると不思議ですね。学校では100℃で気体になると聞きました。おかしい。
・100℃で始まるのは『沸騰』で、それは水の『内部』からも気化が始まること。
・常温であっても水の『表面』からは蒸発（気化）する。
と、答えたあなたは凄い。その通りです。（初めて聞く人も、安心して下さい。）
でも、同じ水なのに（常温で）表面は気化、内部は液体のまま、これはよく考えると不思議ですね。水など一部の物質しかこんな振舞いはしません。なぜこんなことがおこるのでしょう。
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●水の表面と内部の構造の違い
実は、水は（コップの水を想像してみると）水表面と内部では別の物質のような状態にあり、違った振舞いをします。
①もともと、Ｈ２Ｏ分子は非常に小さい。
②しかし、（コップの水で想像して）水内部は、水分子同士が「水素結合」してクラスター構造をもち、大きな分子構造になる。沸点は高く常温で液体です。（水素結合については詳しくはリンク）
③一方、水の表面は、クラスター構造が相対的に形成しにくく、もともとの小さな単独の水分子になりやすい。単独の水分子は沸点が低く、常温で気体になります。（＝洗濯物が乾く、コップの水の表面から蒸発する）。
これが、常温で気体とも液体ともなるH２Oの秘密です。簡単に纏めると、
水表面 単独の水分子 分子が小さい 沸点低く 常温で気体
水の内部 水素結合→クラスタ構造 で､塊が大きい 沸点高く 常温で液体
●分子量（分子の大きさ）と沸点の関係の補足
上記で小さな分子は沸点が低い、大きな分子は沸点が高いと書きましたが、以下に分子の大きさと沸点の関係を補足します。
| 分子式 | 分子量 | 沸点(℃) | 常温状態 | |
| メタン | ＣＨ4 | 16 | -162 | 気体 |
| エタン | Ｃ2Ｈ6 | 30 | -89 | 〃 |
| Ｃ3Ｈ8 | 44 | -42 | 〃 | |
| ブタン | Ｃ4Ｈ10 | 58 | -1 | 〃 |
| ペタン | Ｃ5Ｈ12 | 72 | 36 | 液体 |
| ヘキサン | Ｃ6Ｈ14 | 86 | 69 | 〃 |
| オクタン | Ｃ8Ｈ18 | 114 | 126 | 〃 |
上から下に向かって分子式の記号が増えますが、下のほうの物質のほうが、複雑で大きな（分子量が大きい）物質であることを意味します。そして、この表から、大きな物質ほど沸点が高いことが分かります。
さらに、分子量（大きさ）が近ければ、違う物質でも大体沸点は同じになるのですが、
分子式 分子量 沸点(℃) 常温で
水 H2O 18 100 液体
のように、水は上記の一覧表と比べると、大きさのわりに異常に沸点が高いことが分かります。（水はメタンと分子量が近いが沸点は非常に高い。）
●水素結合がもたらす水の特性
そして、それは水素結合がもたらす水の特質です。水の『内部』は水素結合→ｸﾗｽﾀｰ構造を形成しており、大きな分子として振舞うため沸点が非常に高く、常温で液体になっています。
普通に学校で習う水（H2O）はお皿に広がった水。コップの水は、（H2O）×５とか表現しないといけませんね。
るいネットでも紹介されていますが、水素結合は私たち生物にとって極めて重要な結合です（『水素結合が生命体を維持するメカニズムとは？』）。それを身近な現象で体験していたとは少し驚きです。
○「水の特徴、物性を探る」シリーズ、次回は『打ち水（と気化熱）』について扱う予定です。
お楽しみに。 
- by fwz2
- at 17:00
comments
おお、謎の中心に迫ってきましたなあ。
水内部と表面で分子同士の結合が違う・・・これは初めて知った。
なるほど、そういうことなんですな。ところで、以前テレビのエスキモーの暮らしを紹介する番組で、「常に氷点下のこの地では、洗濯物はカチカチに凍ったまま乾くのだ。」といっていました。ナルホド、と思いながらも「氷が直接乾くってどういうことだろう？」と思いました。これも実は表面が僅かずつ融けているんでしょうか。
今まで常温で乾燥することを当たり前に思っていたことも、言われれば確かに・・・・・。水素結合のもたらす水の特質、初めて知りました。
hihiさん、摂氏華氏さん、water boyさんコメント有難うございます。そして鋭い指摘有難うございます。仰るとおり「表面が少しづつ融けている」んです！！。
凍っていても、常温＝液体の時と同じように、表面はｸﾗｽﾀｰ構造が形成しにくいので、分子は容易に飛んでいってしまうということです。この場合、固体からいきなり気体になってしまいますから、「融ける」というのは当てはまらないかもしれませんが。
初めまして。
突然失礼いたします。
毎年8月に「消費者環境教育“指導者”育成研修会」というセミナーを開催しています。
興味がございましらた、ホームページへぜひ遊びにいらしてください。
よろしくお願いいたします。
ありがとうございます。拝見させていただきます。
洗濯物が常温で乾くことも、100度で気化することも、何の疑問も抱かずに今までいましたが、確かに矛盾してますよね・・・（汗）。
分子構造の違いでそんなに性質を変える「水」。
水無くしては生きていけない私たちにとって、とても身近な存在なだけに興味シンシンです！
また次も楽しみにしてます～☆
シリーズ１，２に続き、今回も「なるほど～(￥o￥)」と思いながら読ませていただきました。
水の表面と内部で水の分子構造が違うんですねえ。
明日から洗濯物を干すとき、この話を思い出してしげしげと見てしまいそうです(^^）
面白い記事ありがとうございます☆
わっしーさん、さあささんコメントありがとうございます。この話はある方に教えていただいたのですが、水の「ｸﾗｽﾀｰ構造化」の話が、沸騰と蒸発の違いに繋がったときは私も驚きでした。
それはさて置き、最後にチョコッﾄ触れましたが、水→水素結合が、私たち生物にとって極めて重要な働きしているところが、さらに重要です。また、その話も書くと思いますのでよろしくお願いします。
今朝、頭を乾かさないまま出勤中疑念がわきました。
夏と冬では乾き方がどれぐらい違うのか。
そもそも、冬（０℃近く）に沸点１００℃の水がなぜ乾くのか
このページを読んで、目から鱗でした。大変参考になりました。
ありがとうごさいまでした。
ためになる