水和物

外観

無色澄明の液体

定義

本品は、次の化学式で表される液状物質である。

溶解性

メタノール、エタノール、アセトン及び1,4-ジオキサンに極めて溶けやすく、ベンゼン、クロロホルム及び四塩化炭素には極めて溶けにくい。

解説

H2O(18.02)．無色，無味，無臭の液体．融点0 ℃，沸点100 ℃(1 atm)．三重点273.16 K．臨界温度373.99 ℃．臨界圧217.6 atm．密度は3.98 ℃ で最大0.999973 g cm－3．蒸発熱2255.3 J g－1(100 ℃)．融解熱332.2 J g－1(0 ℃)．モル沸点上昇0.52 ℃．モル凝固点降下1.86 ℃．熱容量75.15 J K－1 mol－1．n²⁰_D1.333．表面張力72.75(単位 10^－3 N m－1，20 ℃)．比抵抗2.5×107 Ω cm．比誘電率78.3(25 ℃)．原子間距離O-H0.09572 nm．∠H-O-H104.52°．精製は蒸留法，イオン交換樹脂法などにより行われる．水は一部 H＋ とOH－ に解離しており，イオン積[H＋][OH－] ＝ Kw は25 ℃ で1.008×10－14 mol2 L－2 である．周期表における酸素のまわりの元素の水素化物に比べて，水はとくに沸点，融点が高く，また表面張力，最大密度，その他の点でも特異である．これは水素結合による水分子の会合のためである．水はイオン性化合物をよく溶かしてナトリウム，カリウム，カルシウムのような金属と常温で反応し，水素を発生して酸化物または水酸化物を生成する．多くの金属の酸化物および非金属の酸化物と反応して，それぞれの水酸化物および酸素酸を生じる．弱酸および弱塩基の塩を加水分解して，それぞれ塩基性または酸性を示す．また，非金属ハロゲン化物，エステルなども加水分解する．

用途

アミノ酸配列分析用溶媒。

用途

ICP-MS等超微量分析用の水。

用途

一般分析、試液調製溶剤、合成原料。

用途

液体クロマトグラフ分析用溶離液及び溶離液調製用。

用途

一般分析、合成原料、試液調製溶剤、写真用溶剤等。

用途

紫外吸収、蛍光分析用溶媒。

化粧品の成分用途

口腔ケア剤、皮膚コンディショニング剤、溶剤

効能

溶解剤

商品名

大塚蒸留水 (大塚製薬工場); 注射用水 (ニプロ); 注射用水 (光製薬); 注射用水 (光製薬); 注射用水 (光製薬); 注射用水 (扶桑薬品工業); 注射用水 (扶桑薬品工業); 注射用水 (扶桑薬品工業); 注射用水 (扶桑薬品工業); 注射用水 (日新製薬－山形); 注射用水 (日新製薬－山形); 注射用水 (日新製薬－山形); 注射用水 (日新製薬－山形); 注射用水 (日新製薬－山形); 注射用水 (日新製薬－山形); 滅菌精製水 (シオエ製薬); 滅菌精製水 (ヤクハン製薬); 滅菌精製水 (ヤクハン製薬); 滅菌精製水 (ヤクハン製薬); 滅菌精製水 (ヤクハン製薬); 滅菌精製水 (健栄製薬); 滅菌精製水 (光製薬); 滅菌精製水 (吉田製薬); 滅菌精製水 (吉田製薬); 滅菌精製水 (大成薬品工業); 滅菌精製水 (日興製薬); 滅菌精製水 (日興製薬); 滅菌精製水 (日興製薬); 精製水 (サンケミファ); 精製水 (シオエ製薬); 精製水 (中北薬品); 精製水 (健栄製薬); 精製水 (吉田製薬); 精製水 (大成薬品工業); 精製水 (小堺製薬); 精製水 (山善製薬); 精製水 (恵美須薬品化工); 精製水 (日医工); 精製水 (日医工); 精製水 (日興製薬); 精製水 (日興製薬); 精製水 (日興製薬); 精製水 (日興製薬); 精製水 (日興製薬); 精製水 (昭和製薬); 精製水 (昭和製薬); 精製水 (東海製薬); 精製水 (東豊薬品); 精製水 (高杉製薬); 蒸留水 (ケミックス); 蒸留水 (ケミックス); 蒸留水 (共和クリティケア)

水の量と分布

地球上の水は海水と陸水とに分けられ、ほかに少量の水が大気中に存在する。海水は地球表面の70.8％を覆い、地球上の水の総量の97.5％を占めている。海洋の平均水深は3795メートルで、総量を地球の表面積で割ると2647メートルになる。陸水のうちで、湖沼水や河川水などの地表水は陸地面積の3％を覆うにすぎない。しかし北極圏では蒸発が少ないうえに永久凍土で排水条件が悪く、淡水面積率が30％以上の地域もある。地表水の量は表1のように水の総量に比べると少ないが、循環速度が速く、水資源としてはもっとも重要である。

　氷河は陸地面積の11％を覆い、陸水の体積の70％を占めている。全氷河のうち89.7％は南極大陸に、また9.8％はグリーンランドと北極地域にある。近年の地球温暖化で氷河は縮小しつつある。地球上の水の総量は一定であるから、氷河の量が増えれば海面は低下する。いまから1万8000年前の最終氷期の最寒冷期には、氷河は現存量の約3倍もあり、地球の平均海面は約120メートル低かったと推定される。化石燃料の燃焼による大気中の二酸化炭素濃度の増加で気候が温暖化した結果、20世紀に地球の平均海面水位は0.1～0.2メートル上昇した。海面上昇は今後も続き、海岸の低地部に深刻な影響が現れると心配されている。

　地下水は陸水のうちで氷河に次いで量が多く、その分布範囲は陸地のほぼ全域に及ぶが、総量の正確な推定はきわめてむずかしい。表1の値は1951年にフォックスC. S. Foxが地下水の占める岩石の間隙(かんげき)率を、地表から深さ760メートルまでは4％、760～3750メートルは1％として推定した値であるが、深層について、当時、ソ連の学者の推定値はこれよりも1桁(けた)大きい。表1の土壌水の量は、植物に利用可能な有効水分の推定値である。ソ連のルボビチМ．И．Львович／M. I. L'vovichは1973年に土壌水の総量を8万3000立方キロメートルと推定している。生物体中の水の量は動物と植物あわせて1000立方キロメートル程度の推定値が多い。

　大気中の水蒸気をすべて凝結させた場合の水の量を可降水量という。全地球の平均可降水量は25ミリメートルにすぎない。可降水量の地理的分布は緯度すなわち気温と、水陸配置に支配され、湿潤な熱帯気団の卓越する地域では40ミリメートルを超えるが、乾燥した寒冷気団中では2ミリメートル以下にすぎない。

元素説の否定

水が元素であることに対して否定的な意見をもったのは、16世紀のドイツの鉱山家G・アグリコラであり、それを確かめたのはフランスのラボアジエである。18世紀の後半ころはまだ四元素説の信奉者が多く、その四元素の一つである水が他の元素に転化するという考え方は、かなり広く信じられていた。たとえば、ガラス製の蒸留装置で水を蒸留すると、蒸留器の底にはいつも不溶性物質が残るという事実は、水から土ができるという証拠とされていた。これに対して、ラボアジエは有名な「ペリカン」の実験を行ってこれを否定した。ペリカンというのは、錬金術時代に用いられた実験器具で、蒸留器が同時に留出物の受器をも兼ねており、同じ物質が絶えず蒸留を繰り返されるようになっている装置である。ラボアジエは、1768年10月24日から翌年2月1日までの101日間密閉したガラス製ペリカンの中の蒸留水を熱し続け、その前後におけるペリカンと水の重量を測定した。その結果、ペリカンと水の総重量は不変であったが、得られた水を取り出し、蒸発乾固して残った土状物質の重量と、底にたまっていた土状物質の重量とを加えたものは、ペリカンの減量とほぼ等しかった。すなわち、問題の土は、ガラスが水に溶けたものであるということを示したのである。

化学的特性

colourless liquid

使用

water is listed also as catalyzed, deionized, demineralized, distilled, pure spring, and purified water. Water is an important skin component and is essential for its proper functioning. It is the most common ingredient used in cosmetic formulations and, therefore, is generally listed first on product labels. Water is usually processed to eliminate hardness and minerals, and to avoid product contamination.

定義

ChEBI: An oxygen hydride consisting of an oxygen atom that is covalently bonded to two hydrogen atoms.

水は化合物

ペリカンの実験では、水が元素ではないということが示されたが、その組成について知ることはできなかった。水の組成を初めて明らかにしたのはイギリスのキャベンディッシュであった。彼は1781年、彼のいう可燃性空気（水素）と脱フロギストン空気（酸素）との混合物の中で電気火花を飛ばすと、水だけが生成することをみいだした。もちろん、キャベンディッシュはフロギストン説の信奉者であったから、これをフロギストンで説明しているが、その後1784年ころまで正確な実験を繰り返し、水素2容積と酸素1容積とから水を生ずることを確かめた。しかしこれに対しラボアジエは、単体としての水素と酸素との反応によって水という化合物を生ずるという正しい説明を与えた。さらに、水を分解して水素と酸素とにする実験を行い、合成と分解の両面から、水が元素ではなく、水素と酸素との化合物であることを明らかにした。すなわち、1785年、赤熱した鉄の管（小銃の銃身を用いた）の中に水を通すと水素が発生することを示した（酸素は鉄と化合して酸化鉄を生成する）。このようにして、水の元素説は完全に否定されたのである。また、その後イギリスのW・ニコルソン（ニコルソンの浮き秤(ばかり)で有名である）らは、1801年ボルタの電池を用いて初めて水の電気分解を行い、陽極に酸素が1容積、陰極に水素が2容積発生することがわかったが、これはさらにフランスのゲイ・リュサックによってより精密に実証され、水は水素と酸素とから生じ、その組成は水素2に対して酸素1であることが明らかになった。

水の組成

水は水素2、酸素1よりできている物質で、化学式H2Oで表される。天然の水を各種の方法で精製したいわゆる蒸留水は、この式に一致する。水はわれわれの周囲にきわめて大量にあり、豊富に使用でき、しかも精製も容易であったので、古くから多くのものの標準として用いられている。たとえば、水の沸点と氷点とを温度の標準にとり、この間を100等分して摂氏温度としている。すなわち、水の氷点が0℃であり、沸点が100℃である。また4℃の水1ミリリットルの重量を1グラムとしている。水は4℃、正確には3.98℃で最大の密度（0.999973g/cm3）となるので、これを標準にとっている（固体すなわち氷のときは、水素結合によって比較的すきまの多い構造であったのが、温度が上がるとそれらが切れてすきまが少なくなり、膨張による密度の減少を打ち消し合って密度が最大となる）。しかし、これらの物理的測定が精密になるとともに、純粋の水の組成が問題となり、詳しく調べられた結果、水素では同位体1HおよびD、酸素では同位体16O、17O、18Oの存在が確かめられ、天然の水は各種の重水と軽水の混合物であることがわかった。これらの重水は、つねに一定の混合比であるが、海水やマグマ水などでは通常の天然水よりやや重くなっている。

水の性質

蒸留水ないし純水は、無色透明で、無味、無臭の液体である。その物理的性質を表3に示す。

　水は次のようにわずかに電離している。

　　2H2OH3O++OH-

　水はアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素とは常温で、マグネシウムとは熱水で、また加熱した鉄とは水蒸気で反応して水素を放出し、金属の水酸化物または酸化物を残す。多くの金属の酸化物と反応して水酸化物となり、非金属の酸化物と反応してそれらのオキソ酸をつくる。また多くの無機物、有機物を溶解するが、無機物ではイオン結合性の強い無機塩類、有機物では極性の強い分子からなるもの、あるいは水分子と水素結合をつくりやすいものなどが、溶解性が高い。

水の構造

水蒸気中では、独立した水分子H2Oが存在し、図Aの(1)に示したような形をした二等辺三角形である。通常の氷の結晶中では、この水分子が水素結合によって無限に連なり、鱗珪石型構造(りんけいせきがたこうぞう)をとり、鱗珪石SiO2のSiがO、OがHとなった構造をとっている。すなわち図Aの(2)のような分子が三次元的に連なっており、六つのOの輪がつながった構造となって、水の分子の間にはかなりの空間ができている。通常の水ではこの構造が崩れるため、氷のほうが水よりも軽くなるのである。この通常の氷をさらに冷やすと、零下70～零下160℃の間ではクリストバル石型構造となる。これは鱗珪石型と基本的には同じであるが、Oの位置がすこし変わっていて、鱗珪石型が六方晶系であるのに対し、これは立方晶系になっている（図B）。この氷はさらに低温では無定形に近い微結晶の集まりになる。氷はO-H-Oで三次元的に無限に連なった構造であるから、単結晶はいわば一つの巨大分子であるということができる。この水素結合によって連なった結晶であるため、氷はきわめて硬いのである。

　一般に固体は加熱によって融解するものであるが、氷も0℃で融解する。このとき氷の融解熱は6.01kJmol-1(337Jg-1)できわめて大きく、たとえばベンゼンやナフタレンなどのような有機分子からなるものの数倍である。また通常の物質とは異なり、融解するとき体積が減少する。これは、結晶が融解して液体となるためには、鱗珪石型の構造にみられる水素結合がまず切断されて、この構造が崩されなければならず、そのための熱量が必要であるためと、この骨格が崩れると、結晶における空間が少なくなってくるからである。しかし0℃付近ではまだだいぶ水素結合が残っていて、かなりの空間があり、さらに熱するとまた水素結合は切れて密度は大きくなり、膨張による密度の減少と競合し、3.98℃で最大密度となる（表4）。それよりもさらに熱すると膨張による密度の減少が勝って比重は減少する。普通の水は、この氷の結晶がところどころで切断されてできるものと考えてよく、いわば氷に近い擬結晶である。低温ではこの水素結合による水分子の会合が残っていて、(H2O)nであり、常温付近ではnが4ないし5であることがわかっている。

水の精製

水にはきわめてものをよく溶かす性質があり、天然に存在する水は多くの物質を溶かしている。雨は、空気中に浮遊する塵埃(じんあい)をはじめ、酸化窒素や二酸化炭素などを溶かしており、河川の水は、流れている間にカルシウム塩、マグネシウム塩をはじめ、各種の無機塩類および有機物を溶かしている。これらの水が自然に土壌、砂層などを通過している間に不純物が除かれ、清浄にされた泉や井戸の水でも、ある程度のカルシウム塩、マグネシウム塩などが溶けているのが普通である。カルシウムイオンやマグネシウムイオンが多量に溶解しているときを硬水といい、少ないときを軟水という。

一般的な説明

Water is widely used for HPCE (High-Performance Capillary Electrophoresis), luminescence and UV-spectroscopic studies.

純化方法

Conductivity water (specific conductance ca 10-7 mho) can be obtained by distilling water in a steam-heated tin-lined still, then, after adding 0.25% of solid NaOH and 0.05% of KMnO4, distilling once more from an electrically heated Barnstead-type still, taking the middle fraction into a Jena glass bottle. During these operations suitable traps must be used to protect against entry of CO2 and NH3. Water, only a little less satisfactory for conductivity measurements (but containing traces of organic material) can be obtained by passing ordinary distilled water through a mixed bed ion-exchange column containing, for example, Amberlite resins IR 120 (cation exchange) and IRA 400 (anion exchange), or Amberlite MB-1. This treatment is also a convenient one for removing traces of heavy metals. (The metals Cu, Zn, Pb, Cd and Hg can be tested for by adding pure concentrated ammonia to 10mL of sample and shaking vigorously with 1.2mL of 0.001% dithizone in CCl4. Less than 0.1Yg of metal ion will impart a faint colour to the CCl4 layer.) For almost all laboratory purposes, simple distillation yields water of adequate purity, and most of the volatile contaminants such as ammonia and CO2 are removed if the first fraction of distillate is discarded. Most laboratories have glass stills that “doubly” or “trebly” distil water. [See “water” in Chapter 1.]