水

2013-11-20T21:04:08Z

202.56.225.2: /* 物理的性質 */

{{Otheruses2|H<sub>2</sub>O、漢字の部首、水部}}
{{ Infobox 化合物
| name=水
| 画像=[[画像:Water droplet blue bg05.jpg|250px|水面から跳ね返っていく水滴]]
| IUPAC名=水、オキシダン（系統名） |
| 分子式=H<sub>2</sub>O | 分子量=18.02
| 組成式= | 式量=
| 形状=常温で僅かに青緑色を呈す透明の液体 | CAS登録番号=[7732-18-5] | SMILES=
| 密度=1.000000 | 相=液体、3.98 {{℃}}<ref>Merck Index 14th ed., 10039.</ref>
| 相対蒸気密度=
| 溶媒2= | 溶解度2= g/100 mL ( ℃)
| 溶媒3= | 溶解度3= g/100 mL ( ℃)
| 融点=0 | 融点注=
| 沸点=100 | 沸点注=（正確には99.974{{℃}}）
| 昇華点= | 昇華点注=
| pKa= | pKb=
| 比旋光度= | 粘度= | 屈折率=1.330 (20 {{℃}})<ref>Choi, S. Y.; Mamak, M.; von Freymann, G.; Chopra, N.; Ozin, G. A. (2006). "Mesoporous bragg stack color tunable sensors." ''Nano Lett.'' '''6''': 2456–2461. DOI: [http://dx.doi.org/10.1021/nl061580m 10.1021/nl061580m].</ref>
| 出典=
}}
'''水'''（みず）は、化学的には[[化学式]] '''H<sub>2</sub>O''' で表される[[水素]]と[[酸素]]の[[化合物]]。

[[常温]][[常圧]]では無味、無臭、ごくわずかに青緑色を呈す[[透明]]の[[液体]]である。地球表面、特に[[海洋]]に豊富に存在する。[[生物]]の生存、日常生活をはじめ、工業や医療などに不可欠であり、[[人類]]にとって最も身近な[[物質]]の一つである。[[人体]]の60%から70%程度が水である。この様に身近である水だが、宇宙全体から見ると液体の水として存在している量は少ない。

[[固体]]は[[氷]]、液体は水、[[気体]]は[[水蒸気]]と呼ばれる。温度の高い液体の水を'''湯'''（ゆ）と言い、特に温度の高いものを'''熱湯'''（ねっとう）と言う。理・工学的な分野では'''熱水'''（ねっすい）という語も用いられる。

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== 化学的性質 ==
水素と酸素の[[電気陰性度]]の違いから、水分子においては酸素原子側が電気的に負となり、水分子の形から[[電気双極子]]を形成している。さらに共有結合に使われていない[[孤立電子対]]が2つ存在する。以上から水の比誘電率は 79.87 (20 ℃) と高い。このため[[塩化ナトリウム]]などのイオン結晶の結合を破壊し、すぐれた溶媒として働く。さらに水素-酸素結合は水素結合を形成しやすく、特に電気陰性度の高く結合に利用できる[[電子軌道]]が余っている原子とは容易に水素結合を作りやすい。したがって、[[糖]]など[[イオン性]]ではない分子に対する[[溶媒]]ともなる。このため、[[ベンゼン]]などの炭化水素はイオン性でもなく、水素結合を形成しないため、水には溶解せず分離してしまう。

以上、水はほかの物質を溶かしたり、溶けた物質の[[イオン化]]を促進する性質をもつことが分かる。このため[[溶媒]]としてよく使われる。また、多くの[[化学反応]]の[[触媒]]としても利用される。
天然の水には、僅かに[[重水]]（D<sub>2</sub>O、多量に摂取すると生物には有害）が含まれている。水素の[[同位元素]]である[[重水素]]からなるものである。重水は、化学反応の標識によく使われる。

== 生物と水 ==
{{right|
[[Image:A girl in a swimming pool - underwater.jpg|thumb|200px|人間と水]]
[[Image:African waterfall.jpg|thumb|200px|水は生命の維持に欠かせない]]
}}
すべての既知の[[生命体]]にとって、水は不可欠な物質である。

生物体を構成する物質で、最も多くを占めるのが水である。[[細胞核|核]]や[[細胞質]]で最も多い物質でもあり、細胞内の物質[[代謝]]の媒体としても使用されている。通常、質量にして生物体の70%–80%が水によって占められている。生きている[[細胞]]には（理想的な[[溶媒]]である）水が多く含まれており、生命現象を司る[[化学反応]]の場を提供し、また水そのものが種々の化学反応の[[基質]]となっている。[[体液]]として、体内の物質輸送や分泌物、[[粘膜]]に用いられ、また高分子鎖と[[ゲル]]化することで体を支える構造体や[[レンズ]]にも利用されている。[[クマムシ]]のように厳しい環境にも耐えられる生物は、体内の水分を放出し、不活性な状態をつくり出すことができる。

なお、[[生物]]は太古の海で誕生したと考えられている。生物の[[化学組成]]と[[海水]]の組成がにていることもその根拠の一つである。従って、水中生活が生物の原始的な姿であると見てよい。

陸上のように、常に水につかっていない環境では、[[生物]]にとって最も重要な問題の一つが水の確保である。陸上の[[無脊椎動物]]では、周囲が湿っていなければ活動できないものも多い。[[陸上生物]]に見られる進化的形態の多くが水の確保や[[自由水]]のない環境への適応である。[[クマムシ]]の場合も、頻繁に乾燥にさらされる環境への適応として、休眠の能力が発達したと考えられている。

特に[[人体]]においては、体重の60%を占める水のうち45%までが、[[細胞]]内に封じ込められた水で、残り15%が、[[血液]]、[[リンパ液]]など細胞の外にある水である。この[[細胞内液]]、[[細胞外液]]をあわせたものを[[体液]]と呼び、この体液が生命の維持、活動に重要な役割を果たす。

一日に排出される水の量は、静かに横たわっている成人男性で2,300mLであり、内訳としては[[尿]]1,200mL、[[糞]]200mL、[[不感蒸泄]]900mLである。1日に必要な水の量は当然2,300mLである。一般に、[[飲料水]]から1,200mL、[[食物]]800mL、代謝物300mLとして摂取される。なお、不感蒸泄とは呼気に含まれる水蒸気として体外に吐き出されたり、皮膚表面から感知できない程度に分泌される[[汗]]のことである。

=== 水素結合による利点 ===
水分子間における[[水素結合]]を生物は様々な形で利用し、またその恩恵を受けている。
* 生体に不可欠な構成要素である[[蛋白質|タンパク質]]が必要な立体構造を作る際（[[フォールディング]]）に、各[[アミノ酸]]同士にはたらく水分子を仲立ちとした水素結合が重要な役割を演ずる。
* 生物環境という立場から見れば、水はその（水素結合に起因する）比熱が大きいことによって温度を安定させる緩衝の意味合いが大きく、恒常性の維持に貢献していると言える。
* 低温の[[固体]]が[[液体]]より上部にくることは、[[海]]や[[湖沼]]を完全凍結しにくくし、生物に生存のチャンスを与えている。液体である4℃の状態で最も密度が大きくなるという性質は水素結合の性質に起因している。
* [[汗]]は非常に効率よく体温を下げる機能をもつ。水の[[蒸発潜熱]]が大きいのは水素結合が強いことに起因している。

===人体における水の過不足===
水の摂取量には適量というものがある。

==== 脱水症 ====
体内の水分量が不足した状態を医学的には[[脱水 (医療)|脱水]]と呼ぶ。水分喪失量に対して水分摂取量が不足することによって起こる。水分摂取不足、あるいは水分喪失過剰、あるいは水分摂取不足と水分喪失過剰の同時進行によって起きる。具体的には、高温の環境、重作業、激しい[[運動]]、[[発熱]]、[[下痢]]、[[嘔吐]]などが原因となって起きる。

==== 水中毒 ====
人体が過剰な水分を投与された場合、[[細胞外液]]の[[浸透圧]]が異常に下がり、[[低ナトリウム血症]]によって悪心、[[頭痛]]、間代性[[痙攣]]、[[意識障害]]等の症状を引き起こす。これを[[水中毒]]と言い、[[輸液]]ミス、心因性多飲、[[抗利尿ホルモン不適合分泌症候群|SIADH]]などの結果としてみられる。なお致死量は体重65kgの人で10–30リットル/日である。





== 水の分布 ==
{{right|
[[Image:The Earth seen from Apollo 17.jpg|thumb|180px|地球の表面の約70%は海水に覆われている。（→[[海]]）]]
[[Image:Aletschgletscher.jpg|thumb|180px|淡水のほとんどは[[氷河]]、[[氷床]]、[[氷山]]として存在する]]
[[Image:Watercyclejapanese.jpg|thumb|180px|[[水循環]]のモデル図]]
}}
===地球上の水===
地球上には多くの水が存在しており、[[生物]]の生育や[[熱]]の[[循環]]に重要な役割を持っている。[[気象学]]や[[海洋学]]などの[[地球科学]]、[[生態学]]における大きな要因の一つである。水蒸気は最大の温室効果ガスでもある<ref>Kielh, J. T.; Trenberth, K. E. (1997). "[http://ams.allenpress.com/archive/1520-0477/78/2/pdf/i1520-0477-78-2-197.pdf Earth's annual global mean energy budget]." ''Bull. Am. Meteorol. Soc.'' '''78''': 197–298 によると、温室効果のうち60%が水蒸気に由来する。第2位が二酸化炭素 (26%) である。</ref>。

その97%が[[海水]]として存在し、[[淡水]]は残り3%にすぎない。そのほとんどが[[氷河]]や[[氷山]]として存在している。

{| class="wikitable"
|-
! 位置
| [[淡水湖]] || [[河川]]水 || [[地下水]]浅 || [[地下水]]深 || [[土壌]]水 || [[氷河]] || [[大気]] || [[塩水湖]] || [[海洋]]
|-
! 存在比 (%)
|| 0.009 || 0.0001 || 0.31 || 0.31 || 0.005 || 2.15 || 0.001 || 0.008 || 97.2
|}

このなかで、'''淡水湖'''　'''河川水'''　'''地下水浅'''が、利用可能な水で、総量の1%未満である。

地球における継続的な水の循環は'''[[水循環]]'''と呼ばれている。[[太陽]][[エネルギー]]を主因として、[[固相]]・[[液相]]・[[気相]]間で相互に状態を変化させながら、[[蒸発]]・[[降水]]・[[地表流]]・[[土壌]]への浸透などを経て、地球上を絶えず循環している。

===太陽系の水===
[[太陽系]]の[[惑星]]および[[衛星]]の表面に存在する水のほとんどは[[氷]]または[[水蒸気]]であり、[[地球]]以外で液体の水が存在する場所は少ない。相図からわかるように、液体の水が存在できる温度範囲は高圧ほど広くなる。逆に、火星のように気圧の低い環境では、液体の水は安定に存在することはできない。

[[火星]]の表面にはかつて液体の水があったことが判明している。

[[木星]]の[[衛星]][[エウロパ (衛星)|エウロパ]]は、内部に液体の水からなる海があるのではないかと言われている。

===太陽系外の水===
[[2007年]][[4月]]に発見された[[太陽系外惑星]][[グリーゼ581c]]は、その質量と恒星からの距離のため、表面が[[地球]]のように岩山や海に覆われている可能性もある。

== 水の用途 ==
* 生体摂取 - 生物（細胞）の活動に必須。植物は[[根]]などから吸収。動物は直接飲用、または[[食物]]より摂取
* [[熱交換]] - [[エンジン]]・[[エアコン]]の[[水冷]]式、[[ラジエーター]]、[[冷却水]]、打ち水
* [[温度]]の利用 - [[入浴]]・[[温泉]]、[[サウナ]]、[[床暖房]]装置、[[かき氷]]、[[かち割り]]
* [[浮力]]の利用 - [[船舶]]、[[水泳]]
* [[溶媒]]としての利用 - [[水割り]]、[[点滴]]、[[洗濯]] - [[超純水]]
* 特異な[[相転移]]の利用 - [[スキー]]、[[スケート]]
* 位置エネルギーの利用 - [[水力発電]]、[[水車]]、[[波力発電]]、[[ししおどし]]
* [[水蒸気]]（スチーム）の圧力の利用 - [[蒸気機関]]、[[火力発電]]、[[原子力発電]]
* [[消火剤]] - [[消火栓]]、[[消防用水]]
* 物理学実験 - スーパーカミオカンデなど（ニュートリノ検出のために[[超純水]]を活用。[[カミオカンデ]]の項に原理の解説あり）

== 家庭での水の使用状況 ==
一例として[[東京]]の家庭での状況を挙げると、1日で1人あたり242Lの水を使っている（2005年現在、東京都水道局調べ）。家庭での水の使用量のうち、28%が[[トイレ]]、24%が[[風呂]]、23%が[[炊事]]、17%が[[洗濯]]となっている（2002年、東京都水道局調べ）。<ref>[http://www.waterworks.metro.tokyo.jp/pp/syuukan/s02.htm 東京都水道局]</ref>

==水の供給==
水の利用は都市生活の維持にとって重要なため、古代から[[水道]]が建設された（[[上水道]]・[[下水道]]）。産業利用を目的とした水利は、[[用水路]]と呼ばれる（[[農業用水]]・[[工業用水]]）。

== 水と哲学 ==
[[古代ギリシア]]の哲学者[[タレス]]は、万物の根源[[アルケー]]（現代でいうところの[[元素]]のようなものだが、必ずしも[[物質]]的なものではない）は水であると考えた。[[エンペドクレス]]は、水、[[空気]]、[[土]]、[[火]]の4つのリゾーマタ（[[四大元素]]）からすべての物質が構成されるとする、いわゆる[[元素#古代ギリシア|四元素説]]を唱えた。これは[[アリストテレス]]に継承された。

東洋においても、万物は[[木]]・[[火]]・[[土]]・[[金]]・水の5種類の元素から成るという[[五行思想|五行説]]が唱えられている。

== 水（氷）の研究史（近代以降の主要なもの）==
* 17世紀初頭ベルギーの[[ファン・ヘルモント]]は植物成長に関する実験により、水を元素と結論づけた。あらかじめ重量を測定した鉢植えに水だけを与え、4年後に重量を測定すると重量が増加していた。すなわち水元素が木元素に変換したことになる。ヘルモントは[[ガス]]という用語を作り出している。ビールの発酵、石炭の燃焼、炭酸塩から発生するガスが全て同じものであり、命名もしていたが、彼自身の実験と彼のガスの関係には気づいていなかった。
* [[1765年]] イギリスの[[ヘンリー・キャヴェンディッシュ|キャベンディッシュ]]、水を材料に熱の研究を行ない、蒸発熱や潜熱を測定している。
* [[1766年]] キャベンディッシュ、「人工空気の実験を含む三論文」を発表。第一論文で「可燃性空気」すなわち水素の発見を発表。ただし、水素の燃焼物が何であるかを理解していなかった。
* [[1781年]] 酸素の発見者の一人イギリスの[[ジョゼフ・プリーストリー|プリーストリー]]は水素の燃焼物が水であることを見いだし、キャベンディッシュに確認を求める。
* [[1784年]] キャベンディッシュが「空気に関する諸実験」を発表。水の組成を確認する実験について記述されている。実験には2年を要した。水素と酸素を電気火花によって反応させると大量の反応熱を出すため、生成物にどうしても窒素の酸化物である硝酸が混入してしまうためであった。彼の論文では水素と酸素を可燃性空気と脱[[フロギストン]]空気としているものの、水素2容積と酸素1容積から水が生成することを確認している。フロギストンによらない説明を最初に与えたのは酸素という名を命名した[[アントワーヌ・ラヴォアジエ|ラボアジェ]]であった。
* [[1785年]] ラボアジェが赤熱した鉄管に水を通すと水素が発生することを示し、水素、酸素こそが元素であって、水は化合物であることを最終的に確認した。
* [[1791年]] イタリアの[[アレッサンドロ・ボルタ|ボルタ]]が酸素と水素が一定の比率で化合する性質を利用し、逆にこれらの気体の分量を測定するユージオメーターを開発した。
* [[1800年]] [[アレッサンドロ・ボルタ|ボルタ]]、化学反応による電流の発生に成功。「ボルタの電堆」と呼ばれる（電池）。
* [[1801年]] イギリスの[[ウィリアム・ニコルソン]]、「ボルタの電堆」を用いて、初めて水を[[電気分解]]した。[[陰極]]に水素が2容積、[[陽極]]に酸素が1容積発生することを示した。
* [[1920年]] この頃までに[[水素結合]]の概念が提唱される。
* [[1933年]] [[バナール]]が、水の[[X線構造解析]]を行う。
* [[1935年]] [[ポーリング]]、氷の残余[[エントロピー]]の理論。
* [[1936年]] [[中谷宇吉郎]]、雪の[[結晶]]を人工的に世界で初めて作成する。
* [[1958年]] [[アイゲン]]、水中の[[プロトン]]移動に関するモデルを提唱する。
* [[1971年]] [[ラーマン]]により、水の[[分子動力学法]]によるシミュレーションが行われる。
* [[1971年]] [[ペイジ]]が、水の[[中性子]]による構造解析を行う。
* [[1994年]] [[三島修]]が、 2 つの[[アモルファス]]氷の間（低密度⇔高密度）の一次相転移を発見。

== 水と芸術 ==
水は[[人類]]にとって最も身近で重要なものであり、かつ様々な態様を見せることから、水をモチーフとした数々の芸術作品が生み出されている。

=== 文学 ===
*『[[雪]]のひとひら』（[[ポール・ギャリコ]]）
*『水妖記ウンディーネ』（[[フリードリヒ・フーケ]]）

=== 音楽 ===
*「エステ荘の[[噴水]]」（[[フランツ・リスト]]）
*「[[水の戯れ]]」（[[モーリス・ラヴェル]]）
*「[[ローマの噴水]]」（[[オットリノ・レスピーギ]]）
*「水の反映」（[[クロード・ドビュッシー]]:映像第一集の中の曲）
*「[[水上の音楽]]」（[[ゲオルク・フリードリヒ・ヘンデル|ヘンデル]]）

== 別称 ==
*[[IUPAC命名法|IUPAC系統名]]は'''オキシダン''' (oxidane) であるがほとんど用いられない。（→記事｢[[水素化物]]｣参照）。ほか、「'''一酸化二水素'''」「'''酸化水素'''」「'''水酸'''」「'''水酸化水素'''」といった呼び方をすることも可能である。
*水をネタに、感情的な環境保護論を揶揄するジョークがある。（→記事「[[DHMO]]」(Dihydrogen Monoxide)を参照）

== 代表的な慣用句 ==
*水掛け論 - [[田]]に水がほしい双方が水を掛け合ってまで争うところからきているといわれる
*湯水のように（ごとく） - [[日本]]ではかつて「水と安全はタダ」など言われ、水は非常に安価または無料の代名詞であったため、躊躇なく使うことを言い，通常は無駄遣いや乱費の表現として用いられる。
*[[水商売]]または、お水 - [[飲食業]]、あるいは[[風俗業]]の別称。一日の客数が安定しない（水物）から、もしくは酒の水割り用の水道水に値段を付ける（金を取る）ことから。
*水に流す - 汚れ物は水に溶かして流れさるに任せるのが古来の流儀である。実際に多くの汚物は水中における自然の[[浄化作用]]とその人工的応用である[[汚水処理]]によって処理される。

他にも、世間や市場に飛び交うもの（[[貨幣]]や[[情報]]など）を水にたとえて、「[[洪水]]のような」とか「[[氾濫]]する」とかいう表現がされることがある。

== 参考文献と脚注 ==
<div class="references-small"><references /></div>

==関連項目==
*[[海]] - [[海洋深層水]]
*[[川]] - [[滝]]
*[[湖]] - [[池]] - [[水たまり]] - [[オアシス]]
*[[雨]]
*[[地下水]] - [[井戸]]
*[[水道]] - [[上水道]] - [[中水道]] - [[下水道]]
*[[水質汚濁]] - [[地下水汚染]]　- [[公害]]
*[[世界水会議]]、[[世界水フォーラム]]
*[[仮想水]]
*[[ウォータースポーツ]]、[[潜水]]、[[水泳]]、[[古式泳法]]
*[[打ち水]]
*[[ウォーターカッター]]
*[[水筒]]
*[[水分]]
*[[水毒]]
*[[セルシウス度]]
*[[純水]]、[[超純水]]、[[軽水]]、[[重水]]、[[過冷却水]]
*[[硬水]] - [[軟水]] - [[ミネラルウォーター]]
*[[強酸性水]] - [[アルカリイオン水]]
*[[ポリウォーター]]
*[[磁気活性水]]
*[[DHMO]]

== 外部リンク ==
{{Wikiquote|水}}
{{Commons&cat|Water|Water}}

* {{EoE|Physical_properties_of_water|Physical properties of water|[[Encyclopedia of Earth]] にある「水の物理的性質」についての項目}}
* [http://ga.water.usgs.gov/edu/watercycle.html The Water Cycle：USGS（米国地質調査所）の水循環のページ。日本語訳あり。]

[[Category:水|*]]
[[Category:水道|みす]]

{{Link FA|eo}}
{{Link FA|he}}
{{Link FA|it}}

[[als:Wasser]]
[[am:ውሃ]]
[[an:Augua]]
[[ar:ماء]]
[[arc:ܡܝܐ]]
[[ast:Agua]]
[[ay:Uma]]
[[az:Su]]
[[bar:Wossa]]
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水