PPT PowerPoint プレゼンテーション - ICU

水の特異な性質

水　四塩化炭素　ベンゼン

どれも室温で無色透明な液体　 かたち

H₂0 CCl₄ C₆H₆

沸点 (bp) は５ 0-100℃ の

間

水　四塩化炭素　ベンゼン

どれも室温で無色透明の液体　

かたち

H₂0 CCl₄ C₆H₆

18 150 78

分子式分子量

比熱容量 沸点

熱伝導率

双極子モーメント

1.0 0.2 0.4 　 cal/g 100 77 80 ℃

1.43 0.36 0.24 W/m/s ℃ 　 1.94 　　　　　　　 ０　　　　　　　　　０

表面張力 72.7 28.9 27.0

（極性の大きさ）

問１ 0

問１０

２０１０年

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0

A B C D

A B C D

問１０

問 問１ 11

問 11

２０１０年

問 11

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0

A B C D

A B C D

電子レンジの原理

2450MHz の超音波（マイク ロウエーブ）を照射する。

1 秒間に 2,450,000,000 回

＋／− 電極が変わる。

極性分子（ +/- 極が異なる位置）

である水分子は、電極の変化 に応じて回転運動する。

回転運動が激しくなると水分子 どうしで衝突し温度が上がる。

2450MHz は水分子が最も効率的に 回転する振動数

-

+ +

+ +

-

-

+ +

無極性物質

電子レンジはマイクロウエーブ　オーブン

マイクロウエーブとは？ 電磁波（光）波長 100um - 1m 、 周波数 300 - 3 THzHz の電波

温たまる物

電子レンジ： 2.45 GHz

温まらない物

●　水、アルコール、酢酸

●　水を含む溶液（水溶液）

　　 牛乳、食品／醤油、とうふ、

●　金属（アルミフォイル）

？？？？　・天ぷら油？　茶碗？

　・スプーン、フォーク 　・卵（＊）、ぬれフキン

・ガソリン、繊維（乾いた布）

　石？、ラップ、プラスチック

・ベンゼン、四塩化炭素

極性物質　と金属

水をはじめとする極性物質の回転

運動と移動（並進運動）を引き起こす。

卵（＊）は破裂するので入れてはいけない。

http://ja.wikipedia.org/wiki/ 電子レンジ

補問い：　水、　１０％の砂糖水、

　　　　　　１０％の食塩水を

　　　　　　１分間電子レンジにかけると どれが 　　　　　　最も高温になるか？

A. 水

B. 砂糖水

C. 食塩水

D. どれも同じ温度

比熱容量

水の比熱 　 (1　g　 の物質の温度を 1℃ 上げるに必要 な熱量）　　

　　　　　　　 　は他の物質よりも大きい

　　日常表現：“水はあたたまりにくく、冷めにく い。”

　　　　　　　　 ・暑い夏でも体温が急上昇することがない。

　　　　　　　　 ・発汗（水の蒸発）により体温を下げる。 ( 蒸発

熱効果）

　　　　　　　　 ・海辺と内陸／砂漠地帯の昼夜の温度差が違う

　　　　　　　 （ 20℃ にも及ぶ）。

地球の平均気温は？　　　宇宙の平均気温は？

地球が“温暖”な気候であることの原因は？：

地球表面の 70% を覆う海と陸地の緑／川

の存在による。

Q ： 地球上の最高気温、最低気温は？

　最高気温　　　　 87 ℃ （外） 54 ℃ （日影） :: テヘラン（イ ラン）　最低気温　 　 80 ℃ :: 南極

　　　差 =170 ℃ 通常の年では

　７ 月 　 30 〜　 40 ℃ （ペルシャ湾）

　１ 月　 　 50 ℃ （グリーンランド、シベリア）

　　　　　　　　 　 45 ℃ （南極昭和基地）

Q ： 海水の最高、最低温度は？

　最高温度　 35 　 36 ℃ （ペルシャ湾）

　最低温度　　　　　　　 　 ２　℃ 　　 差 =38 ℃

　 　　　　　　　　 比熱 　　　　　　　 熱伝導率 　

　　　　　　 ( ワット /cm ・ s ・ deg)

海水 　　　　　　　　　 0.94 　　　　　　　1400

陸地（砂） 　 0.23 　 　　　　　　　 780 空気 　　　　　　　　　 0.24 　　　　　　57

水 　　　　　　　　　 1.0 　　　　　　　　1430

cal/g

陸地

海水 差 大気

差

問１

2

問１２

２０１０年

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0

A B C

A B C

問１２

水の性質（温度による密度変化）は、

　自然界ではどのように現れるか？

LJǵLJïXÇÃñßìxÇ™êÖÇÊÇËLJë ǴǩǡÇΩÇ»ÇÁÇŒ---

氷の融解熱は大きい　 80cal/g 　 (融けにくい）

湖に氷が張っても

なぜ魚は生きていられるのか？

不思議ゾーン 氷状態

過冷却状態

四季による湖水の温度変化

重い水 重い水

軽い水

http://www.biwakokasen.go.jp/seibi/yodoseibippt2/mat5_thaw_l/slide03.html

春　夏　秋　冬 春 　夏 　秋　 冬 水温

O _２量

氷を浮かせる実験 氷を沈める実験

どちらが実際に起こるか？

＊　固体の密度が

液体よりも小さいのは水だけ。

　液体と固体の密度　 　液体と固体の密度　

　

水 　　 　　 1.000 ＞ 0.917 (0

℃)

　

H-OH

　　　

　エタノール 　　　　 0.786 ＜ 0.938

　 CH₃CH₂-OH

（ g/cm³ ）

物質　　　　　　液体　　　 固体

密度とは？

1 cm³ の質量

氷

問１

氷山の一角と言われるが、水面に 5

出ている氷の山は、全体の何 % か？

A. 　 15%

B 　 11%

C 　 　 9%

問１３，１４は次回

問１ 5

２０１０年

A. 　 15%

B 　 11%

C 　 　 9%

氷山の一角と言われるが、水面に 出ている氷の山は、全体の何 % か？

氷山の一角とは？

実　験

http://www.fcca.jp/gazou/poster/pp-30600.jpg

氷

氷が水に浮く

　　水は、氷になるとダイヤモンド様構造を つくり、

　　　 　　液体状態よりもすき間の多い形になる

１個の H2O を取り囲む水分子の数

氷：　　　 4

水：　　　 4.4

密度比： 水／氷　 =　4.4 ／ 4　　

=11 ／ 10

0°C 以下：氷の密度が液体の水よりも小さい理由 は？

真冬の水道管の破裂

真冬の水道管の破裂

0°C 〜 ４ ℃ の間の水は？

http://www25.tok2.com/home/ fossil/ice_structure.htm

水素結合

凍裂 凍裂

氷結過程２ PRO.mov

水（液体）

氷

４℃〜０℃

大峰巌博士

▲　この間には氷構造が混在している。

　　　　 0　℃ に近いほど多い。

▲ 　 4　℃ になると氷構造がなくなり、

　　　　　密度が最大となる）。

　　　水の密度：　 1g/cm

³

at　4　℃ 0° 〜 　 4　℃ の間（不思議ゾーン）：

　 水の密度がなぜ 4℃ で最大となるの

か？

水の三態変化

氷では液体の水分子間よりもすき間が多い

気体（水蒸気）

液体の水 固体の（氷）

凝固 融解 液化

蒸発 昇華 昇華 沸点

融点

日常生活の中で 見られる水の多様な姿

雪の結晶

すべて六方向に

結晶が成長している。

( 六方晶系）

水は異常な分子か？

H 2 X 分子と比較する

（水素化物）

　 H

₂

0 H

₂

S H

₂

Se H

₂

Te

元素の周期表

水は異常な物質なのか？

^O_（^の仲間_{16 族）}

酸素 イオウ

セレン テルル ポロニ　ウム

水兵リーベ僕の船

（ H　He　LiBe　BOC　NO　 FNe　　)

名前があるシップスクラーク

水 H₂O の分子構造

H²X 分子の構造

104.5°

104.5°

水分子１個の質量は 　 3x10^-23g

H2O H2S H2Se H2Te -100

-50 0 50 100

˚C 融　点mp

H2O H2S H2Se H2Te

-100 -50 0 50 100

bp

沸　点

˚C

H2O H2S H2Se H2Te 0

100 200 300 400 500 600

cal/g 蒸発熱

Heat of vaporization

H

²

X 分子どうしの物性を比較する

　水はありふれた物質ではない　

０℃

100℃ 540 cal/g

-110

-80

340

● 融点、沸点が高いほど分子間引力が大き い 　　　　 （融けにくい、気化しにくい）

● 蒸発熱が大きいほど、蒸発させるために 大きな熱エネルギーを要する

　　　　（蒸発し難い）

　　　（温まり難く、冷め難い）

H

₂

O 分子間には大きな分子間引力が働いている。

　（水素結合）

説明と意味

　　　蒸発熱／気化熱と は？　

　　 (cal/g　, 　 kJ/kg　 または kJ/mol) ： 1g の液体を気体に変えるのに必要な熱量 　

● 気化熱が大きいほど気化するのに多くの熱量

（熱エネルギー）を要する。気化しにくい。）

● 逆に、気化熱が大きい物質ほど気体が液体に 　変わる時に多くの熱エネルギーを放出する。

● 気化熱が大きい物質ほど気化する時に周囲から

　多くの熱を奪う。冷却能力が大きい。

水の蒸発

蒸発は、分子間力を 超えて水が自由に 運動する過程。

気体状態では水素結合

（分子間力）がなくなる。

沸点以下の温度でも蒸発する

（濡れた布が乾く）

大気圧が低い程 蒸発しやすい K > A

K: 運動エネルギー A: 分子間力

ï™éqä‘óÕÇ™ëÂÇ´Ç¢ï®éøÇŸÇ«óZì_ÅAï¶ì_Ç™çÇÇ¢ÅAèˆî≠îMÇ™ëÂÇ´Ç¢

ÅiçÇÇ¢â∑ìxDžǵǃëÂÇ´Ç»ÉGÉlÉãÉMÅ[Ç â¡Ç¶ÇÈïKóvǙdžÇÈÅBÅj

固体に外から熱エネルギーを加えると 　分子は動き始め（液体となり）、

　遂には引き離される（気体になる）。

　水の異常性の謎は？

Key word: 分子間（引）力

水は小さな分子であるにもかかわら

ず 　　大きな分子間力をもつ。

水の分子間力の原因：

+ +

氷は分子間力が最大となる配列

ー

● 酸 素 原 子

○ 水 素 原

氷は完全な水素結合をつくった状態 子

水は極性分子

正電荷 負電荷

水は集団行動している

H₂O+H⁺

(H₂O)₂+H⁺

(H₂O)₄+H⁺ H⁺ が水分子同士を結びつけている様だ。

（水素結合）

水素結合は切断と結合を繰り返している。

水は巨大な動的な関係をもちながら運動

（行動）している。人間社会のように