水の特徴、物性を探る。その１何でも溶かす親和力

2008-05-04

水の特徴、物性を探る。その１　何でも溶かす親和力

地球は、水の惑星といわれます。　
　
地球の表面は、海水、淡水水面、氷河に覆われ、大地も湿った土、水分を沢山含んだ植物に覆われています。　
　
大気中にも大量の水蒸気が蒸発し、雨や雪となって水が循環しています。　
　
水は、地球の環境要素の中で、もっとも重要な物質ですね。　
　
また、生命体は水の中で生まれ、進化してきました。水に秘められた力が働いていそうです。　
　
そこで、水の特徴、水の物性に秘められた「自然の摂理」を読み解いて行こうと思います。　
　
いくつか、水の特徴をあげておきます。　
　
①水は多種多様な物質を溶かしこむ力（親和力）をもっている。
②水は、通常の温度帯（マイナス数度～１１０度程度の幅）で、固体（氷・雪）、液体、気体（水蒸気）という３つの状態をとる。この温度帯で、固体、液体、気体の状態をとる物質は他にない。
③水の気化熱、溶解熱が非常に大きく、水は、温度変化を緩和させる力がある。　
　
では、最初は「何でも溶かし込む親和力」です。　
　
コンプロネットさんの「水の話」から。　
　
リンク 　
　

水は他の物質に比べて非常に多くのものを溶かす　
　
（気体の溶解）
水はいろいろな物質を溶かす力があります。雨は大気中の気体、すなわち、大気そのものや二酸化炭素、硫黄化合物、窒素化合物といったものを溶かし込んでいます。
水をどんなにきれいにしても、大気に晒しておく限りこのような気体が多量に溶け込みます。　
　
（有機物の溶解）
第２次大戦後発展した合成高分子は別として、有機物の多くは水に溶解するか、微生物等の作用を受けて水に溶ける形に変化します。　
　
エタノールやメタノールは水と無限に混ざり合いますし、脂肪酸などの酸類はよく水に溶けます。また、タンパク質も炭水化物も水に溶けるか、あるいは簡単に水に溶ける形に変えられます。
さらに完全に分子の形で溶けていなくても、微粒子状態で懸濁しているものが多量にあります。多くの微生物が懸濁状態で水に「溶けた状態」になっています。　
　
（無機物の溶解）
一般に無機物は金属にしてもセラミックスにしても水には溶解しにくいのですが、どんなものでも微量には溶解すると考えた方がよさそうです。
多くの岩石は水に不溶とされていますが、河川水に溶解して運ばれた無機物が集積して、海水は食塩NaClをはじめとして、金、銀、ウランに至る60種類以上の元素を１リットル当たり35gも溶かし込んでいます。
無機物はイオンの形になりやすく、イオンになればいくらでも水に溶け込みます。　
　
水ほどいろいろな物質を溶かす働きをもった物質は、自然界には他にありません。

では、この溶かし込む力は何処から来るのでしょうか。　
　
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水は、水素２個と酸素１個が結合した簡単な分子です。水素と酸素の結合は、共有結合という結合の仕方をしていて、水分子そのものは電気的には中性です。　
　
しかし、水分子は、水素の部分と酸素の部分とが電気的に偏りをもっています。水素は電気的にプラスに帯電し、酸素の部分はマイナスに帯電しています。
図のδ－、δ＋です。

（ウイキペディア・水素結合から）　
　
そして、プラス帯電の水素、マイナス帯電の酸素は、電気の引力を持ちます。　
　
この電気の引力で、他の物質と結合する作用を「水素結合」といいます。　
　
シオ（塩化ナトリウム）は、プラスのナトリウムとマイナスの塩素ですから、水の水素結合の力で溶け込みます。
酸、アルカリ、塩類は、全て水の水素結合の力で溶け込みます。
さらに、タンパク質、アミノ酸、糖類などの生命由来の有機物も、物質自身の中に、プラスやマイナスに帯電した部分があり、水の水素結合の力で溶け込んでいきます。　
　
また、図にあるように、水分子そのものも、この水素結合で、数分子がつながります。（専門的には水分子クラスターといいます。）
そして、このクラスターが、常に変化して運動しているのです。

（水の話・1.1 水の構造から）　
　
クラスターが動的に変化・運動しているので、電気的に中性で、水素結合をしない物質でも、一旦、水のクラスター運動に巻き込まれてしまうと、なかなかその渦から抜け出せなくなります。
これも、水が物質を溶かし込む力となります。　
　
まとめ。　
　
水が、多種多様な物質を溶かし込む力は、水のもっている「水素結合」と、その水素結合が作り出す「水分子クラスター」の動的運動の力です。　
　
水の特徴である、何でも溶し込む力＝親和力の秘密は、水の「水素結合」にありました。　
　
そして、この水の親和力、何でも溶かし込む力が、多種多様な物質の相互作用の場を作り、その相互作用の中から生命体が生まれてのです。　
　
次回は、通常温度で固体、液体、気体という３つの状態を作る「水」についてです。　
　
水の特徴、物性の参考サイトを幾つか挙げておきます。　
　
水の話　
　
リンク 　
　
水の科学エッセイ　
　
リンク 　
　
水の科学・化学館　
　
リンク 　
　