「水」の分子量はいくつ？

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「水」の分子量はいくつ？

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【答え】　18

水は私たち生命にとって不可欠な物質であり、その基本的な構成要素が「水分子」です。水分子は非常に小さく、多くのユニークな性質を持っています。

水分子の化学式と構造

• 化学式: 水の化学式は H2​O で表されます。これは、1つの酸素原子（O）と2つの水素原子（H）が結合してできていることを意味します。
• 構造: 水分子は直線状ではなく、「く」の字に曲がった折れ線形をしています。酸素原子を中心に、2つの水素原子が約104.5∘の角度で結合しています。この角度が水の特性に大きく影響しています。
• 極性: 酸素原子は電子を引き寄せる力が強いため（電気陰性度が高い）、酸素原子の部分はわずかにマイナスに、2つの水素原子の部分はわずかにプラスに帯電します。このような電気的な偏りを持つ分子を「極性分子」と呼びます。

水分子の持つユニークな特性

水分子の極性によって、以下のような様々なユニークな性質が生まれます。

1. 水素結合:
   • 水分子は、それぞれのプラスに帯電した水素原子と、隣の分子のマイナスに帯電した酸素原子との間で「水素結合」と呼ばれる比較的強い引力を形成します。
   • この水素結合によって、水分子は単独で存在することは少なく、常に多数の分子が集まってつながっています。これが、水の高い沸点や融点、大きな表面張力の原因となっています。
2. 高い沸点と融点:
   • 通常、分子量の小さい物質（窒素ガス N2​ や酸素ガス O2​ など）は常温で気体ですが、水は分子量が小さいにもかかわらず液体です。これは、水素結合によって分子同士が強く引き合っているため、液体や固体として存在するために必要なエネルギーが高いからです。
3. 氷が水に浮く:
   • ほとんどの物質は固体になると液体よりも密度が大きくなりますが、水は例外で、氷（固体）の方が水（液体）よりも密度が小さく、水に浮きます。
   • これは、氷になると水分子が水素結合によって規則正しく四面体型に配置され、その間に「すきま」が多くできるためです。このすき間が多い構造が、氷の密度が小さい理由です。もし氷が水に沈むとしたら、湖や川の底から凍りつき、水生生物は生きていけないでしょう。
4. 大きな表面張力:
   • コップに水を満杯に入れると、表面が盛り上がってもこぼれにくいのは、水分子同士の水素結合による強い引き合う力（表面張力）が働いているためです。
5. 優れた溶媒:
   • 水は「万能の溶媒」と呼ばれるほど、多くの物質を溶かすことができます。これは、水分子が極性を持つため、同様にプラスやマイナスの電気を持つ分子やイオンを電気的に引き寄せて溶かすことができるからです。私たちの体内の物質輸送や、自然界での物質循環に重要な役割を果たしています。
6. 大きな比熱と蒸発熱:
   • 水は温まりにくく冷めにくい性質（大きな比熱）を持ちます。これは、水分子が熱エネルギーを吸収しても、そのエネルギーが水素結合を切断するのに使われるため、温度上昇に時間がかかるからです。
   • また、水が蒸発する際には大量の熱を奪います（大きな蒸発熱）。これも水素結合を切るのに大きなエネルギーが必要なためです。これらの性質は、地球の温度を安定させ、生物の体温調節にも役立っています。

このように、水分子のシンプルな構造とそれに起因する水素結合が、私たちの身近な現象や地球上の生命活動に深く関わる、数多くの特異な性質を生み出しています。