DS930810のブログ

筆者は自然や自然現象に関心が相当あるので自然に関する記事(天文, 地理, 生物)を書いていきたいと思います。かつては1日2記事を適当な時間に投稿していましたが今のところは午後6時に1記事投稿する形にしています。

水は電気を通さない!? 理由はイオンがほとんどないから?

地球は水の惑星と言われるほど多量の水が存在しており、水が無ければ現在の地球は無く、生命体も確実に生まれていません。

そして、水は面白い性質が多くあるので今日は水について書いていきたいと思います。

 

1. 水とは?

水はご存知の通り、酸素原子1つに対して水素原子が2つ結合をした形態をとっており、そのことから酸化水素(Hydrogen Oxide)と言う名称でもよいと思います。

そのほうがかっこいいし...

まあ、慣れないので普通に水のままにしましょう。

 

そして、水は直線状ではなく、若干曲がった形状をしており、更に水素原子と酸素原子だと電気陰性度と言う電子を引き付ける能力が異なるので電荷に偏り、即ち極性が生じています。

二酸化炭素でも炭素と酸素では電気陰性度が異なるので極性があるかと言いますと二酸化炭素は直線状なので打ち消しあい、極性はありません。

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酸素のほうが電子を引き付ける能力が高いので酸素の電荷は負に偏り、水素の電荷は正に偏ります。

 

この極性のおかげで水は他の分子やイオンを囲む水和と言う現象を起こし、ナトリウムイオンの場合だと酸素の方向を、塩化物イオンの場合だと水素の方向を向けてこれらのイオンを囲みます。

 

 

また、水が凍ると当然氷(固体)になるがこの時密度が水の状態と比べると下がり、水に浮かぶ状態になります。

普通の物質だと固体よりも液体のほうが密度が小さくなるが水はその逆であり、その理由は氷の結晶は隙間の大きい構造を形成し、水になるとその隙間に水分子が入り込むために密度が大きくなるからです。

 

このように水は少し変わった性質を持った珍しい物質とも言えます。

 

 

 

2. 純水は電気を通さない! その理由は

水は世間一般的には電気を通すと思われがちだが水分子だけしかない状態だと電気をほとんど通しません

ここでほとんどと書きましたが一応ほんの少しではあるが電気を通します。

 

そもそも電気を通すという現象は電荷を持った物質が移動をするということであり、当然ではあるが電荷を持った物質が存在しないと電気を通すことはありません。

本当に純粋な水はpHと呼ばれる数値が7であり、これは1リットルあたりに水素イオン(H+)が10のマイナス7乗個存在するという意味です。

そして、25℃の時は水素イオンと水酸化物イオン(OH-)の個数の積は10のマイナス14乗となるのでpH7の時は水酸化物イオンも10のマイナス7乗個存在することになります。

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ちなみに水の密度は1 g/㎤であり、水1 molは18.016 gであるので水1 L中に水分子は55.506 mol存在することになります。

つまり、水分子55.5062167 molに対して水素イオンと水酸化物イオンは10のマイナス7乗 molしか存在しないことになります。

要するに水分子555,062,168個中1個だけが水素イオンと水酸化物イオンに電離している計算になります。

 

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このようにほんのわずかだけだが水素イオンと水酸化物イオンが存在するので微小量の電気を通すことができます。

 

 

 

3. しかし、海水や水道水は電気を通す

先ほど書いたのは純水での話でしたが実際に存在する水は電気を普通に通します。

その理由は言うまでもありませんが水の中にイオンが多量に溶け込んでおり、イオンが電気を流す役割をしているからです。

例えば海水中には多量のナトリウムイオンや塩化物イオンが存在しており、これらが電気を流す役割をしています。

当然ではあるが電気を流さない水は自然界にはないといってもよく、水と言う物質はあらゆる物質を溶かす性質があるので大量のイオンが存在しています。

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このように電気を流すか流さないかという性質は電気を伝える物質(電荷を持つ物質)が存在するかしないかということにより決まり、金属が良く電気を流す理由は金属中に自由電子があることが原因であり、この電子が電気を伝えています。

 

ちなみに純水中に手を突っ込むと感電しないかと言いますと感電します

手に電荷を持つものが付着しているのでそれが水に溶け込んでしっかり電気を伝えるからです。

つまり、感電しない生物はいないということになります。