水の特異な性質

水　四塩化炭素　ベンゼン かたち H20 CCl4 C6H6 沸点(bp)は５0-100℃の間 どれも室温で無色透明な液体　

水 四塩化炭素 ベンゼン H20 CCl4 C6H6 18 150 78 100 77 80 ℃ 1.0 0.2 0.4 cal/g 水　四塩化炭素　ベンゼン かたち H20 CCl4 C6H6 分子式 分子量 18 150 78 100 77 80 ℃ 沸点 1.0 0.2 0.4　cal/g 比熱容量 1.43 0.36 0.24 W/m/s ℃ 熱伝導率 　1.94　　　　　　　 ０　　　　　　　　　０ 双極子モーメント （極性の大きさ） 72.7 28.9 27.0 表面張力 どれも室温で無色透明の液体　

問１0

問１０ ２０１０年

問１０

問11 問１

問11 ２０１０年

問11

電子レンジの原理 - - - 2450MHzの超音波（マイクロウエーブ）を照射する。 + 1秒間に2,450,000,000回 ＋／−電極が変わる。 極性分子（+/-極が異なる位置） である水分子は、電極の変化 に応じて回転運動する。 + - 回転運動が激しくなると水分子 どうしで衝突し温度が上がる。 + - 2450MHzは水分子が最も効率的に 回転する振動数

電子レンジはマイクロウエーブ オーブン マイクロウエーブとは？ 水をはじめとする極性物質の回転 運動と移動（並進運動）を引き起こす。 電子レンジはマイクロウエーブ　オーブン 電磁波（光）波長100um - 1m、 周波数300 - 3 THzHzの電波 マイクロウエーブとは？ 水をはじめとする極性物質の回転 運動と移動（並進運動）を引き起こす。 電子レンジ：2.45 GHz 温たまる物 温まらない物 ●　水、アルコール、酢酸 ●　水を含む溶液（水溶液） 　　 牛乳、食品／醤油、とうふ、 ●　金属（アルミフォイル） ？？？？ 　・天ぷら油？　茶碗？ 　・スプーン、フォーク 　・卵（＊）、ぬれフキン ・ガソリン、繊維（乾いた布） 　石？、ラップ、プラスチック ・ベンゼン、四塩化炭素 無極性物質 卵（＊）は破裂するので入れてはいけない。 極性物質　と金属 http://ja.wikipedia.org/wiki/電子レンジ

補問い： 水、 １０％の砂糖水、 １０％の食塩水を １分間電子レンジにかけるとどれが 最も高温になるか？ 補問い：　水、　１０％の砂糖水、 　　　　　　１０％の食塩水を 　　　　　　１分間電子レンジにかけるとどれが 　　　　　　最も高温になるか？ A. 水 B. 砂糖水 C. 食塩水 D. どれも同じ温度

比熱容量

水の比熱 (1 g の物質の温度を1℃上げるに必要な熱量） 　は他の物質よりも大きい 　　日常表現：“水はあたたまりにくく、冷めにくい。” ・暑い夏でも体温が急上昇することがない。 ・発汗（水の蒸発）により体温を下げる。(蒸発熱効果） ・海辺と内陸／砂漠地帯の昼夜の温度差が違う 　　 （20℃にも及ぶ）。 地球の平均気温は？　　　宇宙の平均気温は？ 地球が“温暖”な気候であることの原因は？： 地球表面の70%を覆う海と陸地の緑／川の存在による。

Q ： 地球上の最高気温、最低気温は？ Q ： 海水の最高、最低温度は？ 最高気温 87 ℃（外）54 ℃（日影）::テヘラン（イラン） 　最高気温 87 ℃（外）54 ℃（日影）::テヘラン（イラン） 　最低気温 ­ 80 ℃ ::南極 　　　差=170 ℃ 通常の年では 　７ 月 　30 〜 40 ℃（ペルシャ湾） 　１ 月　­ 50 ℃（グリーンランド、シベリア） 　　　　 ­ 45 ℃（南極昭和基地） Q ： 海水の最高、最低温度は？ 　最高温度 35 ­ 36 ℃ （ペルシャ湾） 　最低温度 ­ ２ ℃ 　　 差=38 ℃

比熱 熱伝導率 (ワット/cm・s・deg) 海水 0.94 1400 陸地（砂） 0.23 780 空気 0.24 57 比熱 熱伝導率 (ワット/cm・s・deg) 海水 0.94 1400 陸地（砂） 0.23 　 780 空気 0.24 57 水 1.0 1430 cal/g

陸地 大気 差 海水 差

問１2

問１２ ２０１０年

問１２

水の性質（温度による密度変化）は、 自然界ではどのように現れるか？ 湖に氷が張っても なぜ魚は生きていられるのか？ 　自然界ではどのように現れるか？ 湖に氷が張っても なぜ魚は生きていられるのか？ 真冬でも川や湖に棲む魚は生きていられるのはなぜ？ 温度による水お密度変化のグラフを思い出してください。 氷は表面に張り、水中の温度は湖底付近は最も密度の大きい4℃ なので、生きていられる。 もしも水が、“並の物質”であったとしたら、寒気で湖水の温度が0℃まで冷えた後、表面にできた氷は湖底に沈んで行く。水温全体が0℃と なり魚も湖底の藻も死滅するはずです。 春となって暖かくなっても太陽光が湖底までなかなか届かず、水温は 長い間0℃のままとなり、やはり生物は生きにくい/生きて行けない環境と言えましょう。 水が異常な性質をもっていることが生物の生存を支えているという事実に気づく。 この視点は難しくないが、改めて考えたことがなかったので、水の偉大さに目が開かされたたという意見が最も多くの学生から返って来ます。 氷の融解熱は大きい　80cal/g 　(融けにくい）

氷状態 不思議ゾーン 過冷却状態

四季による湖水の温度変化 重い水 軽い水 重い水

O２量 水温 春　夏　秋　冬 春 　夏 　秋　 冬 http://www.biwakokasen.go.jp/seibi/yodoseibippt2/mat5_thaw_l/slide03.html

氷を浮かせる実験 氷を沈める実験 どちらが実際に起こるか？

液体と固体の密度 密度とは？ ＊ 固体の密度が 液体よりも小さいのは水だけ。 物質 液体 固体 エタノール 0.786 ＜ 0.938 　液体と固体の密度　 密度とは？ 1 cm3の質量 （g/cm3 ） 物質　　　　　　液体　　　 固体 　水　　 　　 　 1.000 ＞ 　0.917 (0 ℃) 　 　 H-OH 　　　 　エタノール 　　　　 0.786 ＜ 0.938 　CH3CH2-OH 氷 ＊　固体の密度が 　 液体よりも小さいのは水だけ。

問１5 問１３，１４は次回 氷山の一角と言われるが、水面に 出ている氷の山は、全体の何%か？ 　15% B　11% C　 9%

問１5 　15% 氷山の一角と言われるが、水面に 出ている氷の山は、全体の何%か？ ２０１０年 B　11% C　 9%

氷山の一角とは？ 実　験 氷が水に浮く 氷 http://www.fcca.jp/gazou/poster/pp-30600.jpg

0°C以下：氷の密度が液体の水よりも小さい理由は？ 　　水は、氷になるとダイヤモンド様構造をつくり、 　　液体状態よりもすき間の多い形になる http://www25.tok2.com/home/ fossil/ice_structure.htm 水素結合 １個のH2Oを取り囲む水分子の数 氷：　 4 水： 4.4 密度比： 水／氷 = 4.4／4 =11／10 根本理由：なぜ水だけが固体となると密度が小さくなるのか？ （別の視点から考える：氷と水の構造の違い 0°C〜４℃の間の水は？ 真冬の水道管の破裂

凍裂

大峰巌博士 水（液体） ４℃〜０℃ 氷 氷結過程２PRO.mov

0°〜 4 ℃の間（不思議ゾーン）： 　水の密度がなぜ4℃で最大となるのか？ ▲　この間には氷構造が混在している。 　　　　0 ℃に近いほど多い。 ▲　4 ℃になると氷構造がなくなり、 　　　　　密度が最大となる）。 　　　水の密度：　1g/cm3　　at 4 ℃

水の三態変化 日常生活の中で 見られる 水の多様な姿 液化 昇華 沸点 昇華 蒸発 凝固 融点 融解 氷では液体の水分子間よりもすき間が多い 気体（水蒸気） 水の三態変化 日常生活の中で 見られる 水の多様な姿 液化 昇華 沸点 昇華 蒸発 液体の水 固体の（氷） 凝固 融点 融解 氷では液体の水分子間よりもすき間が多い

雪の結晶 すべて六方向に 結晶が成長している。 (六方晶系）

水は異常な分子か？ H2X分子と比較する （水素化物） 　H20 H2S H2Se H2Te

元素の周期表 水は異常な物質なのか？ Oの仲間 （16族） （H He LiBe BOC NO FNe ) 水兵リーベ僕の船 酸素 イオウ セレン テルル ポロニ 　ウム （H He LiBe BOC NO FNe ) 水兵リーベ僕の船 名前があるシップスクラーク

水H2Oの分子構造 104.5° 104.5° 水分子１個の質量は 　3x10-23 g H2X分子の構造

水はありふれた物質ではない H2X 分子どうしの物性を比較する 100℃ 540 cal/g ０℃ 沸 点 蒸発熱 融 点 340 -80 沸　点 蒸発熱 融　点 cal/g ˚C ˚C bp Heat of vaporization mp 100 200 300 400 500 600 -100 -50 50 100 -100 -50 50 100 100℃ 540 cal/g ０℃ 340 -80 -110 H2O H2S H2Se H2Te H2O H2S H2Se H2Te H2O H2S H2Se H2Te 　水はありふれた物質ではない　

説明と意味 ● 融点、沸点が高いほど分子間引力が大きい （融けにくい、気化しにくい） ● 蒸発熱が大きいほど、蒸発させるために 　　　　 （融けにくい、気化しにくい） ● 蒸発熱が大きいほど、蒸発させるために 大きな熱エネルギーを要する 　　　　（蒸発し難い） 　　　（温まり難く、冷め難い） H2O分子間には大きな分子間引力が働いている。 　（水素結合）

蒸発熱／気化熱とは？ (cal/g , kJ/kg またはkJ/mol)： 1gの液体を気体に変えるのに必要な熱量 　　　蒸発熱／気化熱とは？　 　　(cal/g ,　kJ/kg またはkJ/mol)： 1gの液体を気体に変えるのに必要な熱量 ●気化熱が大きいほど気化するのに多くの熱量 （熱エネルギー）を要する。気化しにくい。） ●逆に、気化熱が大きい物質ほど気体が液体に 　変わる時に多くの熱エネルギーを放出する。 ●気化熱が大きい物質ほど気化する時に周囲から 　多くの熱を奪う。冷却能力が大きい。

水の蒸発 蒸発は、分子間力を 超えて水が自由に 運動する過程。 気体状態では水素結合 （分子間力）がなくなる。 K > A 大気圧が低い程 蒸発しやすい 沸点以下の温度でも蒸発する （濡れた布が乾く）

水の異常性の謎は？ Key word: 分子間（引）力 水は小さな分子であるにもかかわらず 大きな分子間力をもつ。 　水の異常性の謎は？ Key word: 分子間（引）力 固体に外から熱エネルギーを加えると 　分子は動き始め（液体となり）、 　遂には引き離される（気体になる）。 水は小さな分子であるにもかかわらず 　　大きな分子間力をもつ。

水の分子間力の原因： 負電荷 + + 正電荷 水は極性分子 氷は完全な水素結合をつくった状態 氷は分子間力が最大となる配列 ー ● 酸素原子 ○ 水素原子 氷は完全な水素結合をつくった状態 氷は分子間力が最大となる配列

水は集団行動している H2O+H+ H+ が水分子同士を結びつけている様だ。 （水素結合） (H2O)2+H+ 水素結合は切断と結合を繰り返している。 水は巨大な動的な関係をもちながら運動（行動）している。人間社会のように (H2O)2+H+ (H2O)4+H+