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【水の不思議④】水の“沸点100℃”は高すぎる!?


TGです。


突然ですが質問です。

「水は何℃で沸騰するでしょうか?」


はい。皆さんご存じの通り、100℃です。


でも実は、この温度がスゴイって知っていましたか?

他の似たような物質に比べ、極端に沸点が高いのです。


ということで水の不思議シリーズ第4段の始まりです。


温度について

本題に入る前に、水の性質について簡単に復習しましょう。

  • 水の融点、すなわち水の凍る(溶ける)温度…0℃

  • 水の沸点、すなわち水の蒸発する温度…100℃


0と100、非常に分かりやすいよね。

でもコレって実は、水の融点と沸点を基準に温度を設定しているから当然なんです。


正確な定義としては、私たちが通常使う“セルシウス温度”(いわゆる摂氏、℃)が、

「1気圧のもとで氷がとける温度を0℃,水が沸騰する温度を100℃」となっているのです。


他にも絶対温度(単位はK:ケルビン)や華氏(単位は℉)なんてものもあります。

詳細は割愛しますが、℃以外にも温度の単位が存在するのです。


また、先程セルシウス温度が1気圧での水の融点と沸点を基準にしていると述べましたが、

1気圧でない場合は水の沸点や融点は異なってきます。



ちなみに、熱の正体は“分子の熱運動”です。

つまり、“分子がどれだけ動いているか”を表したのが、温度という指標になります。


以前の記事で、水の状態変化は水分子の動き方が違うことを説明しました。

(詳しくはを参照)

温度が高いということは、それだけ分子が激しく・自由に動いているということです。


夏が暑く冬が寒いのは日照時間や太陽の日射の角度によるものと言われますが、

それはつまり、太陽の熱を受けて地面を構成する分子や、大気を構成する分子が

激しく運動するため、と言い換えることもできます。


また、山の山頂では水は100℃より低い温度で沸騰しますが、これは山頂の気圧が1気圧より低いためです。

(気圧が低い→水分子を押さえつける力が弱い→分子が動きやすい!)

温度は分子の”熱運動”の指標
温度は分子の”熱運動”の指標
水の異常性

では本題に入りましょう。


水以外にも、世の中には常温で液体の物質はたくさん存在します。

しかし、水のように高い沸点を持つ物質は他にないのです。


「いやいや、油は100℃でも沸騰しないでしょ」と思った方、良い質問です。

油は確かに水より沸点は高いですが、それは油の分子が非常に大きいためです。

分子が大きい程、激しく動き回るためには大きなエネルギーが必要、つまり沸点は高くなるのです。


水の異常性は、“その分子の小ささにもかかわらず、沸点が異常に高い”ということです。

以下には、同じ程度の大きさ(=分子量)を持つ分子と沸点を比較した表を載せます。

水と似た物質の融点・沸点
水と似た物質の融点・沸点

こうしてみると、水が非常に高い沸点を持つことが分かると思います(融点も高い)。

この理由は、以前の記事「【水の不思議①】“氷が水に浮く”のは実は異常なコトだった。」で説明した水素結合が原因です。

分子同士が強く結びついているので、身動きがとりにくいのです。


その結果、沸点や融点が高いだけでなく、温度が上がりにくかったり(=比熱が大きい)、

粘性が高い(水がネバネバしているイメージはないと思いますが、実は他の物質より粘っている)、

表面張力が大きい(水分子同士が引き付けあうため、水滴が丸くなる)、といった特徴を持ちます。


スゴイですよね、水。


まとめ

今回は水の“沸点が高い”という性質の異常性を解説しました。

何度も言いますが、身近な水は、実はあり得ないほど特殊な液体なのです。


ということで、引き続き水の不思議に迫っていきたいと思います。

次回もお楽しみに。


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