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2015年06月17日

蒸発?気化?氷の種類? 身近な『水』について、未だ解明されていない5つの謎

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コメント

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水の沸点は100℃なのに何で常温で蒸発するの?おかしいだろ



1: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 09:43:40.36 ID:3qupBB1D0●.net BE:886559449-PLT(22000) ポイント特典
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水についてまだよく分かっていない5つのこと

生き物が生きていく上で必要な「水」は、あまりにも身近過ぎる存在のため、水についてじっくりと考える
機会は意外と少ないものです。しかし、誰もが当たり前の存在に感じる水について、まったく解明されていない
代表的な5つのものをまとめるとこうなります。


◆1:いくつも種類がある「氷」

水が凍ると「氷」となるのは誰もが知るところ。このような固体状態の水である氷は、極めてめずらしいことに、
液体状態よりも体積が増加することが知られています。これは水素結合という原子同士の特殊な結合を原因とするもので、水はセ氏4度(以下、温度はすべてセ氏で表記)の時に最も体積が小さくなる(=密度が高くなる)事が知られています。

しかし、「水の固体状態の氷が1種類ではない」ということは学校では教わらず、知らない人も多いはずです。
現在、知られているだけでも氷は17種類あり、一般的に私たちが氷と呼んでいる「Ih」以外にも自然状態でごく微量の「Ic」が存在することや、その他にも高圧下の宇宙にのみ存在し得る15種類の氷が見つかっています。

水素結合が整っていて密度の低い「一般的な」氷の状態(右)から圧力を加えて最密充填構造の限界に到達するまでに、氷はさまざまな形状をとると考えられており、今後、既知の17種類以外の状態の氷が発見されるかもしれません。
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◆2:水の蒸発メカニズム

物質が液体から気体へと変化することは「気化(蒸発)」と呼ばれており、水が蒸発して水蒸気になることも気化によるものです。
この水が蒸発する割合は、大気の雲の発生に大きく影響するので気象を予測するのに非常に重要なものの一つとなっています。

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しかし、水が蒸発するメカニズムについてはいまだに完全には理解されていません。水に塩を加えると表面張力が上がり、表面張力波が抑制されるため理論上は蒸発率は下がるはずなのに、実験ではほとんど蒸発率に変化が見られないなど、蒸発メカニズムは解明されていないとのこと。


◆3:水の表面は酸性か塩基性か

ナイアガラの滝が作る霧にはマイナスイオンが含まれていることが知られています。ナイアガラの滝に限らず多くの滝でマイナスイオンが出ているのは、水の表面に水酸化物イオンが蓄積しているからで、液面のpHは7より大きな塩基性であると考えられてきました。
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しかし、近年の実験やシミュレーションでは実際には液体の水の表面には水酸化物イオンよりも水素イオンが多く、pHは7未満すなわち酸性であることが分かっています。


◆4:アモルファス氷

水は温度が下がっていくと0度以下で固体の氷になりますが、ゆっくり冷却すると0度以下でも凍らない過冷却という現象が起こります。なお、どんなにゆっくり冷却したとしても-38度では凝固してしまうことも分かっています。

しかし、水をゆっくりと冷却し続けると、-38度より低い低温領域では分子の結合に規則性がないアモルファスな状態の「アモルファス氷」と呼ばれる結晶をとり得ることが知られています。

固体は分子構造に規則性があり、液体は分子構造に規則性がないのが一般的ですが、水の場合、固体でありながら分子構造に規則性がない状態が生じ得るという点で特殊性を持ちます。つまり、固形で流動性がないのでアモルファス氷は「固体」ですが、分子構造に規則性がないという点では「液体」と同じで、極低温状態ではガラスのように「固いけれど液体」とも言えるというわけです。
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なお、ガラスが液体状態か固体状態かそれとも独立したガラス状態なのかについては争いがあり、従来の学説を覆す「ガラスは液体ではない」という京都大学の研究も発表されています。そのためアモルファス氷が固体か液体かそれとも別の状態なのかという点も意見が分かれそうです。


◆5:量子サイズの水

カーボンナノチューブや陽子交換膜を作り出せるようになって以来、水分子を量子サイズに閉じ込めるというチャレンジが進められています。実験上も計算上も水を分子数百個レベルと極少量を狭い空間内に閉じ込めると、量子効果を示すことが分かっています。
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これらの量子効果を示す水の特性が、生物学から地質学に至るまであらゆる領域に影響を与えると考えられており、例えば、より効果的に海水から純水を作り出す淡水装置を設計できると予想されています。しかし現時点では、水を閉じ込めることさえうまくいっておらず、この分野の研究は解決すべき問題が山積みだとのことです。

http://gigazine.net/news/20150615-five-things-about-water/



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2: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 09:44:17.89 ID:YO/8sQ2v0.net
うーん


4: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 09:45:15.93 ID:Q4h8EVDZ0.net
100℃は1気圧化における平均値であって
水分子の中には活発に外へ出たがるリア充や
おまいらみたいなひきこもりもいる。

35: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 10:11:54.40 ID:W//DqTlx0.net
>>4
でも常温でほって置いたら完全に蒸発するよね
君の理屈だと無くならない水溜まりが出来ないとおかしいよね?

40: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 10:16:35.56 ID:symr6+R40.net
>>35
全ての水分子は
引きこもりからリア充の間で常に揺れ動いているんだ

最終的には全ての水分子が引きこもりという名の分子間結合から飛び立っていく

125: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 12:09:48.62 ID:9VhzadoP0.net
>>40
外界の空気に触れた者から、ひきこもり解脱者になるんですね。

60: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 10:45:36.68 ID:XgKH3fXM0.net
>>4
むしろ水は全て冤罪被害者なのかもしれない
世間の風に晒されながら「お前は100℃だろ?」と延々責め立てられたら
本当は0℃でも「はい、沸騰しました」と言ってしまうかもしれない


12: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 09:50:03.84 ID:6Dg2r04X0.net
冬になると吐く息が白いのは、水が沸騰して蒸発してるからなの?

152: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 13:34:43.48 ID:Lz8TScTm0.net
>>12
南極なんか空気が綺麗過ぎて息が白く見えないらしいよ?


15: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 09:53:19.72 ID:qd7S//uV0.net
水「なんで常温で蒸発しちゃいかんのだ?100℃になるまで待てってか?」


16: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 09:53:54.66 ID:TFEXn72f0.net
>高圧下の宇宙にのみ

宇宙って高圧なの?

17: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 09:55:17.20 ID:G8fCMSXm0.net
>>16
そういう惑星とかじゃないの?


31: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 10:07:55.48 ID:t/ibwe1G0.net
沸騰したお湯から氷を作った方が早いって
ムペンバ現象だっけ??あれってトンデモ科学なの?
ためしてガッテンでも取り上げられてたけど

ムペンバ効果-wikipedia
ムペンバ効果 (英: Mpemba effect) は、特定の状況下では高温の水がより低温の水よりも短時間で凍ることがあるという物理学上の主張。必ず短時間で凍るわけではないとされる。
科学雑誌「ニュー・サイエンティスト」はこの現象を確認したい場合、効果が最大化されるよう摂氏35度の水と摂氏5度の水で実験を行うことを推奨している。

41: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 10:16:47.95 ID:lL9Ilxa10.net
>>31
一応科学的にもなぜか早いって事がわかってる




45: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 10:21:06.73 ID:qqEXpIK0O.net
沸点というのはそれ以上の温度になると密閉されていなければ全て確実に気化するって意味であって
気化自体は常に起こってるわけだよ
逆に空気から水分を取り込んで水の量が増えることもある


55: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 10:43:24.50 ID:7EOYtHkX0.net
奥が深い


62: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 10:46:22.01 ID:qwLD8WqI0.net
この世で一番物を溶かす力が強いのも塩酸でも硫酸でもなく水だって理科の先生が言ってた


104: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 11:34:24.91 ID:WRcHghtb0.net
火の正体もよくわからん


142: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 13:11:34.28 ID:3jpisp2+0.net
宇宙空間だと、体温程度で沸騰するとか。


183: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 19:28:05.67 ID:6iVj2LI70.net
カラッカラに乾いた真冬と、じめじめの真夏でも、真夏の方が早く洗濯物が乾くのはどうして?

184: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 19:34:42.75 ID:WRcHghtb0.net
>>183
温度が高ければ水分子の運動が活発になって気化しやすい

195: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 20:48:12.62 ID:6iVj2LI70.net
>>184
そっかそっかー。でも同じ気温だったら湿度低い方が乾きやすいよね
乾きやすさと温度、湿度の関係って数式で表せるのかな?


186: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 19:42:41.20 ID:3QmqdckW0.net
世界で一番寒い村、オイミャコンをテレビで見たが、マイナス50度なのに住民は洗濯したら超ふつうに外に干してた
1週間くらいほっといたらそれでも乾くんだそうだ


194: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 20:29:11.34 ID:RAA8wVTF0.net
常温で蒸発しなかったらみんな熱中症で死んでしまう


214: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 21:33:52.44 ID:m5NAhNMO0.net
電子レンジで3分温めのお弁当を一度に3つ温めるには9分にセットするじゃん?
では茹で時間3分の袋入りラーメンを一度に3食茹でるときには何で9分にセットしないの?
誰かこの違いを合理的に説明してくれ!

217: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 21:38:42.40 ID:AqHETWoZ0.net
>>214
3倍の量のお湯を沸かすのに掛かる時間を考えろ


216: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 21:38:10.98 ID:UT4kxFM/0.net
氷だって蒸発するだろ。
解けてないのに小さくなることがある。
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219: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 21:49:48.41 ID:5sFH8NNH0.net
>>216
まじで?

220: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 21:51:31.02 ID:uTGkkZ7V0.net
>>219
冷凍庫に氷作って数ヶ月放っといてみ

222: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 21:53:18.86 ID:BeuJVatW0.net
>>216
昇華だな


225: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 22:19:01.07 ID:VRWoOLJC0.net
この地球は水が基準で0℃と100℃が決まったのかね?

226: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/15(月) 22:24:19.31 ID:BDwn4G9W0.net
>>225
摂氏はそう
ただ決めた後で気圧で沸点違うじゃん、ってことに気づいたり
標準気圧でも沸点は正確には100度じゃなかったり結構gdgd


264: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/16(火) 12:03:27.26 ID:mJEHKwFt0.net
冷凍庫に凍ったもの剥きだして置いておくと霜つくのはなんで?

265: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/16(火) 12:09:54.75 ID:+J8uCbOw0.net
>>264
製氷機の氷からの昇華した水蒸気+ドアを開け閉めした際に流入する外気中の水蒸気が庫内で結露再凍結(´・ω・`)


275: (*゚∀゚)ゞカガクニュース隊 2015/06/16(火) 14:56:35.38 ID:YfWABIiZ0.net
つまり、今の科学で「解明した」とか言ってるのは、
物質の「移動を確認した」だけであって、
なぜ物質が「自主的に」そういう移動をしているか、は解明できていない。

例えば、動力のない脳や心臓が勝手に動いて、いつかは勝手に停止するようなもの。


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コメント一覧

1. 名無し  2015年06月17日 01:26
水とかに限らず、高校までで習うような物質の性質は、古典的な観測法で解明したもの
物質のふるまいや、それに伴う性質はっていうのは、重力、電磁力、強い力
弱い力の4つで決まっている
マクロの世界での観測はもう古くて、今はミクロの世界こそが重要
2. ななし  2015年06月17日 02:48
気化と蒸発って違うの?
3. 名無し隊員さん  2015年06月17日 09:17
蒸発:液体→気体
気化:固体および液体→気体

元の状態に固体を含むか含まないかの違い
4. 名無し  2015年06月17日 09:25
同じ物質なのに、固体になると容積が増えて更に液体に浮くことが出来るのは水だけなんだってね
5. 名無し隊員さん…ノーベル賞級  2015年06月17日 10:10
ワイついに発見
水の純度の高い方が表面張力が大きくなる
∴表面張力をはかれば水の純度が簡単に分かるのだ。
6.   2015年06月17日 12:09
なんだかとても眠いんだ、パトラッシュ
7. 名無し隊員さん  2015年06月17日 13:09
こんなに簡単に
固体になったり液体になったり気体になる物質を
他に知らんから謎と言われても何とも言えんにゃー
8. 名無し  2015年06月17日 22:59
レンジ加熱3分の弁当を3つ温める時に9分にセットするって言ってる奴は普段レンジで複数加熱なんてしない奴なんだな。
レンジ加熱は数量が倍に増えてもセットする時間はせいぜい1.3〜1.5倍程度。

おそらく親もしくは嫁の作るもんしか食わない立場で、コンビニバイトの経験は無し。って感じの人か。
9. 名無し隊員さん  2015年06月17日 23:37
温度(分子振動)が目に見えればなーとはいつも思う

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