水について、調べてみた件

水 ( み ず ) と は 、 化 学 式  H2O で 表 さ れ る 、 水 素 と 酸 素 の 化 合 物 で あ る 。 特 に 湯 と 対 比 し て 用 い ら れ 、 温 度 が 低 く 、 か つ 凝 固 し て 氷 に は な っ て い な い も の を い う 。 ま た 、 液 状 の も の 全 般 を 指 す 。 

こ の 項 目 で は 、 H2O の 意 味 で の 水 を 中 心 と し な が ら 、 幅 広 い 意 味 の 水 に つ い て 解 説 す る 。 

概 説 

水 は 人 類 に と っ て 最 も あ り ふ れ た 液 体 で あ り 、 基 本 的 な 物 質 で あ る 。 ま た 、 人 が 生 命 を 維 持 す る に は 必 要 不 可 欠 で あ り 、 さ ま ざ ま な 産 業 活 動 に も 不 可 欠 の 物 質 で あ る 。 

古 代 ギ リ シ ャ で は タ レ ス が 「 万 物 の ア ル ケ ー は 水 」 と し 、 エ ン ペ ド ク レ ス は 四 大 元 素 の ひ と つ で 基 本 的 な 元 素 と し て 水 を 挙 げ た 。 古 代 イ ン ド で も 五 大 の ひ と つ と さ れ 、 中 国 の 五 行 説 で も 基 本 要 素 の ひ と つ と 見 な さ れ て い る 。 18世 紀 の 後 半 ま で 、 洋 の 東 西 を 問 わ ず 人 々 は そ う し た 理 解 を し て い た 。 そ れ が 変 わ っ た の は 、 わ ず か 200年 ほ ど 前 の こ と で あ り 、 19世 紀 前 半 に 、 ド ル ト ン 、 ゲ イ リ ュ サ ッ ク 、 フ ン ボ ル ト ら の 実 験 が 行 わ れ 、 ア ボ ガ ド ロ に よ っ て 分 子 説 が 唱 え ら れ た こ と に よ っ て 、 H2Oで 表 す こ と が で き る 水 素 と 酸 素 の 化 合 物 と 理 解 さ れ る よ う に な っ た 。 ( → #水 の 知 識 の 歴 史 概 略 ) 

常 温 常 圧 で は 液 体 で 、 透 明 で は あ る が 、 ご く わ ず か に 青 緑 色 を 呈 し て い る ( た だ し 、 重 水 は 無 色 で あ る ) 。 ま た 無 味 無 臭 で あ る 。 日 常 生 活 で 人 が 用 い る コ ッ プ 1杯 や 風 呂 桶 程 度 の 量 の 水 に は ほ と ん ど 色 が な い の で 、 水 の 色 は 「 無 色 透 明 」 と 形 容 さ れ る 。 詩 的 な 表 現 で は 、 何 か の 色 に 染 ま っ て い な い こ と の 象 徴 と し て 水 が 用 い ら れ る こ と が あ る 。 し か し 、 海 、 湖 、 ダ ム 、 大 き な 川 な ど 、 厚 い 層 を 成 し て 存 在 す る 大 量 の 水 の 色 は 青 色 に 見 え る 。 こ の よ う な 状 態 で 見 え る 水 の 色 を 、 日 本 語 で は そ の ま ま 水 色 と 呼 ん で い る 。 ( → 水 の 色 ) 

化 学 が 発 展 し て か ら は 化 学 式  H2O で 表 さ れ 、 「 水 素 原 子 と 酸 素 原 子 は 共 有 結 合 で 結 び つ い て い る 」 と 理 解 さ れ て い る 。 ( → #化 学 的 性 質 ) 

ま た 水 は 、 か つ て 1kgや 1calの 単 位 の 基 準 と し て 用 い ら れ た 。 ( → #物 理 的 性 質 ) 

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 。 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 利 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 。 人 体 も 60?70%程 度 が 水 で あ る 。 ( → #生 物 と 水 ) 

地 球 表 面 、 特 に 海 洋 に 豊 富 に 存 在 す る 。 水 は 人 類 に と っ て 身 近 で あ っ て 、 生 物 の 生 存 に 必 要 な 物 質 で あ る が 、 宇 宙 全 体 で は 液 体 の 状 態 で 存 在 し て い る 量 は 少 な い 。 ( → #水 の 分 布 ) 

現 代 の 人 類 の 水 の 使 用 量 の 約 7割 が 農 業 用 水 で あ る 。 現 代 の 東 京 の 家 庭 で の 水 の 使 用 量 を 多 い 順 に 並 べ る と 、 ト イ レ 、 風 呂 、 炊 事 で あ る 。 ( → #水 の 使 用 量 ) 

下 記 で は 、 水 に 関 す る 人 類 の 知 識 の 歴 史 概 略 を 解 説 し 、 続 い て 現 代 物 理 学 で の 水 の 理 解 な ど を 解 説 す る 。     

呼 称 

日 常 的 な 日 本 語 で は 、 同 じ 液 体 の 水 で も 温 度 に よ っ て 名 称 を 変 え て 呼 び 分 け る 。 低 温 や 常 温 で は 水 と 呼 ぶ が 、 温 度 が 高 く な る と 湯 ( ゆ ) と い い 、 別 の 漢 字 を 宛 て る 。 し か し 、 英 語  (water) や フ ラ ン ス 語  (eau) な ど で は 、 液 体 で あ れ ば 温 度 に よ ら ず 名 称 は 不 変 で あ る 。 

日 本 語 で は 、 ( 湯 な ど か ら 立 ち 上 っ た ) 水 蒸 気 が 凝 結 し て 空 気 中 に 細 か な 粒 と し て 存 在 す る 水 は 、 湯 気 と い う 。 

用 途 、 性 質 、 存 在 す る 場 所 な ど に よ る 呼 び 分 け も 行 わ れ て い る 。 例 え ば 、 水 の 中 で も 、 特 に 飲 用 に 供 す る も の を 飲 料 水 と い う 。 海 に あ る 塩 分 な ど を 多 く 含 む 水 は 海 水 、 地 下 に 存 在 す る 水 は 地 下 水 と 呼 び 、 地 下 水 を 汲 み ボ ト ル に 詰 め た も の を ミ ネ ラ ル ウ ォ ー タ ー と 呼 ぶ 。 ま た 、 用 途 に よ っ て 、 農 業 用 水 、 工 業 用 水 な ど の 呼 称 も あ る 。 機 能 と 水 質 に 基 づ く 、 上 水 、 下 水 と い う 呼 称 も あ る 。 

自 然 科 学 で の 呼 び 分 け 

水 の 概 念 を 自 然 科 学 的 に 拡 張 し て 、 化 学 式 で  H2O と 表 現 で き る も の を す べ て 広 義 の 「 水 」 と す れ ば 、 固 体 は 氷 、 液 体 は 水 、 気 体 は 水 蒸 気 、 と い う こ と に な る 。 

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 。 ま た 、 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 素 化 物 ) 

不 純 物 を ほ と ん ど 含 ま な い 水 を 「 純 水 」 と 呼 ぶ ( た と え ば 、 加 熱 し て で き た 水 蒸 気 を 凝 結 し た 蒸 留 水 な ど ) 。 特 に 純 度 の 高 い も の は 「 超 純 水 」 と い う 呼 称 も あ る 。 

水 の 化 学 式  H2O の 水 素 が 二 つ と も 同 位 体 の 重 水 素 で あ る 水 を 重 水 と 呼 び 、 化 学 式  D2O で 表 す 。 水 素 の 一 つ が 重 水 素 で あ り 、 も う 一 つ が 軽 水 素 で あ る 水 は 、 半 重 水 と 呼 び 、 DHO で 表 す 。 水 素 の 一 つ が 三 重 水 素 ( ト リ チ ウ ム ) で あ る 水 は 、 ト リ チ ウ ム 水 ( ま た は 三 重 水 素 水 ) と 呼 び 、 HTO で 表 す 。 重 水 ・ 半 重 水 と ト リ チ ウ ム 水 を 併 せ 、 さ ら に 酸 素 の 同 位 体 と 水 素 の 化 合 物 で あ る 水 も 含 め て 、 単 に 重 水 と 呼 ぶ こ と も あ る 。 こ の 広 義 の 重 水 に 対 し て 、 普 通 の 水 は 、 軽 水 と 呼 ば れ る 。 

軽 水 と 重 水 は 電 子 状 態 が 同 じ な の で 、 化 学 的 性 質 は 等 し い 。 し か し 、 質 量 が 2倍 、 3倍 と な る 水 素 の 同 位 体 の 化 合 物 で あ る 水 で は 、 結 合 や 解 離 反 応 の 速 度 な ど の 物 性 に 顕 著 な 差 が 表 れ る 。 ( → 速 度 論 的 同 位 体 効 果 ) 

気 象 用 語 

気 象 に 関 す る 用 語 で は 、 水 の 粒 の 大 き さ に よ っ て 、 霧 や 靄 ( も や ) と 呼 ぶ ( こ れ ら を 総 称 し た 一 般 用 語 と し て 霞 も あ る ) 。 そ れ ら が 上 空 に あ る 状 態 で は 、 雲 と 呼 ぶ 。 雲 か ら 凝 縮 し て 大 き め の 水 滴 と な っ て 地 上 に 落 ち て く る 水 は 雨 と 呼 ぶ 。 上 空 で 水 蒸 気 が 凝 固 し て 結 晶 と な っ た 氷 は 雪 と 呼 ば れ 、 一 体 の 結 晶 に な っ て い な い 粒 は 、 大 き さ に よ っ て 霰 ( あ ら れ ) や 雹 ( ひ ょ う ) と 呼 ぶ 。 そ れ ら が 水 と 混 合 し た 状 態 に な っ て い れ ば 、 霙 ( み ぞ れ ) と 呼 ば れ る 。 

水 の 知 識 の 歴 史 概 略 

古 代 か ら 18世 紀 ま で 

古 代 ギ リ シ ア の 哲 学 者 、 一 般 に 最 初 の 哲 学 者 と さ れ る 、 紀 元 前 6世 紀 こ ろ の 人 物 ミ レ ト ス の タ レ ス は 、 万 物 の 根 源 ア ル ケ ー を 探 求 す る 中 で 「 ア ル ケ ー は 水 で あ る 」 と 述 べ た と 伝 え ら れ て い る 。 

同 じ く 古 代 ギ リ シ ア の エ ン ペ ド ク レ ス は 、 水 、 空 気 、 土 、 火 を 4つ の リ ゾ ー マ タ ( 元 素 ) と し 、 そ れ の 集 合 や 離 散 に よ っ て 自 然 界 の で き ご と を 説 明 す る 、 い わ ゆ る 四 元 素 説 を 唱 え た 。 こ れ は ア リ ス ト テ レ ス に 継 承 さ れ た 。 

古 代 イ ン ド で も 、 地 、 水 、 火 、 風  お よ び こ れ に 空 を 加 え た 五 大 の 思 想 が 唱 え ら れ て い た 。 ま た 中 国 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 す る 五 行 説 が 唱 え ら れ た 。 

つ ま り 、 洋 の 東 西 を 問 わ ず 、 水 は 、 基 本 的 な 4~ 5種 の 元 素 の ひ と つ だ と 考 え ら れ て い た の で あ り 、 こ う し た 水 の 理 解 は 、 2,000年 以 上 に わ た っ て 人 々 の 間 で 一 般 的 で あ っ た 。 18世 紀 後 半 の 時 点 で も 、 ご く 一 般 的 で あ っ た 。 

こ う し た 理 解 に 変 化 が 生 じ は じ め た の は 18世 紀 末 の こ と で あ り 、 人 類 の 歴 史 の 中 に 位 置 づ け る と 、 ご く 最 近 の こ と で あ る 。 18世 紀 末 に 、 キ ャ ベ ン デ ィ ッ シ ュ が 、 金 属 と 酸 と が 反 応 を 起 こ す と き に 、 軽 い 謎 の 気 体 ( 現 在 で は 水 素 と 呼 ば れ て い る も の ) が 発 生 し 、 そ れ は 簡 単 に 燃 え て 水 に な る こ と を 発 見 し た 。 ま た 、 ラ ボ ア ジ エ が 、 こ の 燃 焼 で 化 合 す る 相 手 が 空 気 中 の 酸 素 で あ る こ と を 確 か め た 。 こ れ に よ っ て 、 ( 実 は ) 水 は 元 素 で は な い 、 と い う 考 え 方 が 登 場 し た 。 た だ し 、 ラ ボ ア ジ エ の 実 験 が あ っ て も 、 人 々 の 考 え 方 が す ぐ に 変 わ っ た わ け で は な く 、 人 々 は 以 前 ど お り 四 元 素 の 考 え 方 を し て い た 、 学 者 ら も お お む ね 四 元 素 の 考 え 方 を そ れ ま で ど お り 用 い て い た 、 と 科 学 史 家 ら か ら 指 摘 さ れ て い る 。 18世 紀 ま で の 文 献 に 現 れ る 「 aqua」 、 「 water」 、 「 水 」 な ど は 、 基 本 元 素 と し て の 水 だ と 理 解 す る の が 適 切 で あ る 。 

19世 紀 

そ の 後 19世 紀 初 頭 、 イ ギ リ ス の ド ル ト ン が 実 験 の 結 果 、 水 素 と 酸 素 が 重 量 比 で 1:7で 化 合 す る と し ( 後 に 正 し く は 1:8と 判 明 ) 、 1805年 に は ゲ イ ・ リ ュ サ ッ ク や フ ン ボ ル ト な ど が そ れ ぞ れ 、 体 積 比 で 2:1で 化 合 す る こ と を 見 出 し た 。 さ ら に 1811年 に 、 ア ボ ガ ド ロ が 分 子 説 を 唱 え 、 そ の 枠 組 み の 中 で 水 の 分 子 が H2Oと 定 め ら れ た 。 こ の こ ろ ( 19世 紀 の 初 頭 ) に 西 欧 の 学 者 た ち の 水 の 理 解 が 変 わ っ た と 科 学 史 家 ら に よ っ て 指 摘 さ れ て お り 、 同 世 紀 を 通 し て 一 般 の 人 々 の 理 解 も 変 化 し て い っ た と 考 え て よ い 。 

分 子 説 の 成 立 と と も に あ っ た と い う 点 な ど で 、 水 は 近 代 化 学 の 発 展 の き っ か け を 作 っ た も の で あ る 。 こ の 時 期 は 、 お お む ね philosophia( 哲 学 ) を 母 胎 と し て scientia( 科 学 ) が 生 ま れ つ つ あ っ た 時 期 と 一 致 し て い る 。 こ う し た 新 し い 独 特 の 哲 学 を 行 う 人 の 数 が 徐 々 に 増 え 、 彼 ら が 自 分 た ち の こ と を 他 の 哲 学 者 か ら 区 別 す る た め に scientist( 科 学 者 ) と い う 用 語 が ヒ ュ ー ウ ェ ル に よ っ て 1833年 に 造 語 さ れ  そ の 使 用 が 提 唱 さ れ た 。 

水 と 氷 の 近 代 以 降 の 主 要 な 研 究 の 年 譜 

  • 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 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 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 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 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  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 。 
  • 2005年  R. J. D. Miller ら に よ り 、 水 に レ ー ザ ー パ ル ス 照 射 で 生 じ さ せ た 構 造 変 化 は  50 フ ェ ム ト 秒 以 内 に 失 わ れ る こ と が 報 告 さ れ た 。 
  • 物 理 的 性 質 

    Vienna標 準 平 均 海 水 

    水 の 物 理 的 性 質 は 、 そ の 構 成 要 素 で あ る 水 素 と 酸 素 の 同 位 体 の 構 成 割 合 に よ っ て 顕 著 に 異 な る 。 し た が っ て 、 同 位 体 の 構 成 割 合 が 厳 密 に 定 め ら れ た 水 に つ い て の 測 定 が 必 要 で あ り 、 こ れ に よ っ て 得 ら れ た 測 定 結 果 で な け れ ば 、 現 代 の 科 学 に お い て は 意 味 が な い 。 

    例 え ば 、 「 水 の 三 重 点 」 は 温 度 の 定 義 で あ る ケ ル ビ ン の 記 述 に 用 い ら れ る 重 要 な 定 義 定 点 で あ る が 、 こ の 「 水 」 は 、 下 記 に よ り 、 厳 密 に 定 義 さ れ た 水 で あ る 。 

    厳 密 な 測 定 に 用 い ら れ る 国 際 的 標 準 物 質 と な っ て い る 水 は 、 「 Vienna標 準 平 均 海 水 ( en:VSMOW) 」 で あ る 。 VSMOWは 同 位 体 比 が 次 の よ う に 規 定 さ れ て い る 。 な お 、 「 海 水 」 (Ocean Water) の 文 字 が 使 わ れ て い る が 、 純 水 で あ る こ と に 注 意 。 

  • 2H/1H = 155.76 ±  0.1 ppm、 
  • 3H/1H = (1.85 ±  0.36)× 10?11 ppm、 
  • 18O/16O = 2005.20 ±  0.43 ppm、 
  • 17O/16O = 379.9 ±  1.6 ppm
  • 以 下 の 物 理 的 性 質 は 、 こ の VSMOWに つ い て の も の で あ る 。 

    0.002 519 ° C, (273.152 519 K)

    約 99.9743 ° C,(373.1243 K)

    同 位 体 の 割 合 

    天 然 の 水 に は 、 約  0.031 146% の 重 水 が 含 ま れ て い る 。 そ の 大 部 分 で あ る  0.031 069% が  HDO( 正 確 に は  HD16O) 分 子 で あ る 。 

    水 の 色 

    水 の 色 は 一 般 に 無 色 透 明 と い わ れ る こ と が 多 い が 、 実 際 に は 水 分 子 の 赤 外 吸 収 ス ペ ク ト ル が 可 視 領 域 に 裾 野 を 引 き 、 赤 色 光 を わ ず か に 吸 収 す る の で 、 ご く わ ず か な 青 緑 色 を 呈 す る 。 海 な ど の 厚 い 層 を 成 す 水 お よ び 巨 大 な 氷 が 青 い の は こ れ に よ る 。 た だ し 、 重 水 ( D2O) は 無 色 で あ る ( 水 の 青 #重 水 の 色 ) 。 

    融 点 

    融 点 は  273.152 519 K、 す な わ ち  0.002 519° C で あ る 。 し か し 、 過 冷 却 状 態 に な る 環 境 下 で は 、 99.9743° C 以 下 の 水 蒸 気 も 、 0.002 519° C 以 下 の 水 も 存 在 す る 。 

    沸 点 

    標 準 気 圧 ( 101 325 Pa) で の 沸 点 は 、 約 99.9743° Cで あ る 。 

    密 度 

    3.984° C の と き 最 大 密 度  999.974 95 kg・ m?3で あ る 。 氷 は 液 体 の 水 よ り も 密 度 が 小 さ く ( 異 常 液 体 ) 、 0 ° C か つ 標 準 気 圧 ( 101.325 kPa) に お い て 、 氷 の 密 度 は 916.72 kg・ m?3 で あ る 。 し た が っ て 、 固 体 で あ る 氷 は 液 体 の 水 に 浮 き 、 氷 に 圧 力 を か け る と 融 け る 。 こ れ は 多 く の 他 の 分 子 と は 異 な る 水 の 特 性 で あ り 、 氷 の 結 晶 構 造 が 水 分 子 間 で の 水 素 結 合 に よ っ て か さ 高 い こ と に よ る 。 氷 が 融 解 し て 水 に な る と 、 そ の 体 積 は 約 11分 の 1減 少 す る 。 詳 細 に つ い て は 氷 の 項 も 参 照 。 

    亜 臨 界 水 ・ 超 臨 界 水 

    水 の 臨 界 点 は 圧 力 22.12MPa、 温 度 374.15° C (647.30K) で あ る 。 水 は 臨 界 点 ま で 蒸 気 圧 曲 線 に 従 い 、 あ る 温 度 で あ る 圧 力 以 上 を か け る と 液 体 の 状 態 を 保 つ 。 こ の 状 態 の 水 ( 下 限 は 大 気 圧 、 100° C) を 亜 臨 界 水 と い う 。 さ ら に 、 臨 界 点 以 上 の 圧 力 ・ 温 度 条 件 の 水 を 超 臨 界 水 と い う 。 亜 臨 界 水 で は イ オ ン 積 が 常 温 常 圧 の 水 よ り 高 く 、 オ キ ソ ニ ウ ム イ オ ン お よ び 水 酸 化 物 イ オ ン の 濃 度 が 高 く な る 。 一 方 、 超 臨 界 水 で は イ オ ン 積 が 常 温 常 圧 の 水 よ り 低 く な る 。 ま た 、 超 臨 界 水 は 比 誘 電 率 が 低 く ト ル エ ン と 同 程 度 ま で に な る た め 、 常 温 常 圧 水 と 異 な り 、 油 と の 混 合 が 可 能 と な る 。 亜 臨 界 水 お よ び 超 臨 界 水 は そ れ ぞ れ が 持 つ 性 質 を 利 用 し た 技 術 の 研 究 が 行 わ れ て い る 。 

    過 冷 却 水 

    凝 固 点 ( 1気 圧 で は 5000000000000000000?0 ° C) 以 下 で も 凍 っ て い な い 、 過 冷 却 状 態 の 液 体 の 水 の こ と 。 不 安 定 で あ り 、 振 動 な ど の 物 理 的 シ ョ ッ ク に よ り 結 晶 化 を 開 始 し て 氷 に 転 移 す る 。 過 冷 却 水 の 入 っ て い る 容 器 に ビ ー 玉 な ど を 落 と す と 、 物 体 が 底 に 着 く 前 に 着 水 点 か ら 凍 結 が 広 が り 、 全 体 が シ ャ ー ベ ッ ト 状 に 凍 り つ く 。 特 別 な 実 験 装 置 な ど は 必 要 な く 、 家 庭 の 冷 凍 庫 で も 実 験 可 能 。 ペ ッ ト ボ ト ル 等 の 容 器 に 水 ( 不 純 物 の な い も の が 望 ま し い ) を 入 れ 、 2999500000000000000??5??10 ° Cほ ど の 温 度 を 維 持 し て 冷 却 す る 。 急 激 に 冷 や さ ず 時 間 を か け る こ と 、 振 動 を 与 え ず に 水 全 体 が 均 一 に 冷 や さ れ る 状 況 を 作 り 出 す ( 保 冷 剤 や タ オ ル 等 で 包 む な ど ) こ と が 成 功 の カ ギ 。 

    ア モ ル フ ァ ス 氷 

    通 常 の 氷 は 結 晶 で あ る が 、 液 体 か ら の 急 冷 、 結 晶 氷 を 加 圧 、 あ る い は 気 相 か ら の 蒸 着 な ど の 方 法 に よ り 、 非 結 晶 の 氷 が 生 成 さ れ る 。 密 度 の 違 う 2つ の 状 態 が 存 在 し 、 そ れ ぞ れ 、 高 密 度 ア モ ル フ ァ ス 氷 、 低 密 度 ア モ ル フ ァ ス 氷 と い う 。 

    そ の 他 

    水 は 比 熱 容 量 が 非 常 に 大 き い 。 

    反 磁 性 の 性 質 を 示 す 代 表 的 な 物 質 で も あ り 、 強 力 な 磁 石 を 近 づ け る と 水 が 反 発 し て 逃 れ る よ う に 動 く 現 象 は 、 旧 約 聖 書 の 逸 話 に ち な み 「 モ ー ゼ 効 果 」 と 呼 ば れ て い る ( 俗 称 で は な く 正 式 な 学 術 用 語 ) 。 

    ま た 、 水 分 子 の 回 転 の エ ネ ル ギ ー 準 位 が マ イ ク ロ 波 の エ ネ ル ギ ー に 対 応 す る の で 、 水 は マ イ ク ロ 波 を 吸 収 し や す く 、 電 子 レ ン ジ は そ れ を 利 用 し て 加 熱 を し て い る 。 

    液 体 の 状 態 で は  10?7 (mol/dm3) (25° C) が 電 離 し 、 水 素 イ オ ン ( 正 確 に は オ キ ソ ニ ウ ム イ オ ン ) と 水 酸 化 物 イ オ ン と な っ て い る 。 

    一 般 的 に 水 は 電 気 絶 縁 性 が 低 い と い わ れ る が 、 こ れ は イ オ ン な ど の 不 純 物 が 含 ま れ る 場 合 の 水 の 性 質 で あ る 。 純 粋 な 水 は 電 気 ( 電 流 ) を ほ と ん ど 通 さ な い 絶 縁 体 で あ る 。 こ れ を 利 用 し て 、 超 純 水 の 純 度 測 定 に 電 気 伝 導 度 を 用 い る こ と が あ る 。 

    化 学 的 性 質 

    水 は 化 学 的 に は 化 学 式  H2O で 表 さ れ る 、 水 素 と 酸 素 の 化 合 物 で あ る 。 水 分 子 の 酸 素 原 子 と 水 素 原 子 は 共 有 結 合 で 結 び つ い て お り 、 そ の 結 合 は 水 素 原 子 と 酸 素 原 子 か ら 価 電 子 を 1つ ず つ 供 給 さ れ て で き て い る 。 さ ら に 酸 素 原 子 の 最 外 殻 に は 共 有 結 合 に 使 わ れ て い な い 孤 立 電 子 対 が 2つ 存 在 す る 。 水 素 と 酸 素 の 電 気 陰 性 度 の 違 い か ら 、 O-H 結 合 に お い て は 酸 素 原 子 側 が 電 気 的 に 負 、 水 素 原 子 側 が 正 と な り 、 局 所 的 に 電 気 双 極 子 を 作 っ て い る 。 分 子 全 体 で も  H-O-H 結 合 角 が 約 104.45° と 分 子 が 曲 が っ て い る こ と か ら 極 性 を 持 つ 。 以 上 の 理 由 か ら 水 の 比 誘 電 率 は  79.87 (20℃ ) と 高 い 。 こ の た め イ オ ン 間 の 静 電 気 力 を 弱 め 塩 化 ナ ト リ ウ ム な ど の イ オ ン 結 晶 の 結 合 格 子 を 破 壊 し て 溶 解 さ せ る 、 す ぐ れ た 溶 媒 と し て 働 く 。 複 数 の 水 分 子 の 間 で は 水 素 原 子 と 酸 素 原 子 の 間 に 水 素 結 合 を 作 る 。 水 に 限 ら ず 、 最 外 殻 に 孤 立 電 子 対 を 持 つ 窒 素 や 酸 素 や フ ッ 素 な ど の 原 子 や イ オ ン 、 あ る い は 電 気 陰 性 度 が 高 い 原 子 に 結 合 し て い る 水 素 原 子 は 水 分 子 と 水 素 結 合 を 作 る こ と が で き る 。 し た が っ て 水 は 、 糖 な ど イ オ ン 性 で は な い 分 子 に 対 す る 溶 解 性 も 示 す 。 一 方 、 シ ク ロ ヘ キ サ ン な ど の 炭 化 水 素 は イ オ ン 性 で な く 、 水 素 結 合 も 形 成 し な い た め 、 水 に は 溶 解 せ ず に 寄 り 集 ま っ て 油 滴 を 作 る 。 こ の よ う に 水 に 溶 け な い 疎 水 性 の 化 合 物 同 士 が 水 の 中 で 見 か け 上 親 和 性 を 示 す 現 象 を 疎 水 効 果 と 呼 ぶ 。 

    複 数 の 水 分 子 の 間 に 水 素 結 合 が 働 く こ と で 、 ク ラ ス タ ー 状 の 高 次 構 造 ( 水 ク ラ ス タ ー ) が 生 じ る 。 水 の 高 次 構 造 は 寿 命 が ピ コ 秒 か ら フ ェ ム ト 秒 オ ー ダ ー と 非 常 に 短 く 、 一 度 形 成 し て も す ぐ 別 の 高 次 構 造 に 移 り 変 わ る 。 

    水 分 子 は 水 素 イ オ ン  (H+) の 供 給 源 と し て 酸 と し て の 性 質 を 示 す 。 水 分 子 の 酸 素 原 子 上 に 孤 立 電 子 対 が あ る こ と か ら 、 水 は 塩 基 、 配 位 子 と し て も は た ら く 。 水 分 子 を 配 位 子 と す る 錯 体 は 水 和 物 、 も し く は ア ク ア 錯 体 と 呼 ば れ る 。 酸 と 塩 基 の 定 義 の う ち 、 ア レ ニ ウ ス に よ る 定 義 は 水 溶 液 中 を 前 提 に し た も の で あ る 。 

    水 は 、 使 い 捨 て カ イ ロ で の 鉄 粉 の 酸 化 、 6-ナ イ ロ ン の 合 成 な ど 、 化 学 反 応 の 触 媒 と し て も 用 い ら れ る こ と が あ る 。 ま た 、 酸 や 塩 基 な ど を 触 媒 と し て エ ス テ ル や ア ミ ド な ど の 加 水 分 解 や 、 ア ル ケ ン へ の 付 加 反 応 ( 水 和 反 応 ) の 基 質 と な る 。 

    生 化 学 反 応 で も 水 は 頻 繁 に 現 れ る 。 光 合 成 で は 水 が 4電 子 酸 化 を 受 け て 酸 素 と な る 。 

    液 相 に お け る 分 子 構 造 の モ デ ル 化 

    液 相 の 水 の 中 で は 分 子 同 士 が 水 素 結 合 に よ り 緩 や か に 結 合 し て い る と 考 え ら れ る が 、 そ の 構 造 の 詳 細 は 知 ら れ て い な い 。 ケ ン ブ リ ッ ジ 大 学 の 教 授 が 1930年 代 「 連 続 体 モ デ ル 」 を 提 唱 、 氷 の 時 と 同 じ よ う に 4個 の 分 子 が 正 四 面 体 を 作 っ て 固 ま っ て お り 、 そ れ が 若 干 の ゆ が み が あ っ て も 同 じ 構 造 が 続 く 連 続 体 で あ る と い う 考 え 方 で あ る 。 

    「 ミ ク ロ 不 均 一 モ デ ル 」 は 、 つ な が っ た 状 態 と つ な が り が 切 れ た 状 態 の 2つ が 入 り 交 じ っ て い る と い う 考 え 方 で あ る 。 水 が 4° Cで 最 も 比 重 が 大 き く な る 理 由 を 説 明 す る た め に 、 1892年 に ヴ ィ ル ヘ ル ム ・ レ ン ト ゲ ン に よ っ て 提 唱 さ れ 、 考 え ら れ た 。 

    2008年 、 理 化 学 研 究 所 の チ ー ム が SPring-8を 使 っ た 軟 X線 に よ る 発 光 分 光 実 験 で 不 均 一 モ デ ル と の 対 応 を 示 す 2つ の ピ ー ク を 観 察 し た 。 こ の 実 験 で は 、 液 体 構 造 が 連 続 体 モ デ ル で 説 明 で き る 場 合 、 観 測 さ れ る ピ ー ク は 1つ で あ る が 、 実 験 結 果 に は 2本 の ピ ー ク が 現 れ た 。 こ の 後 、 X 線 小 角 散 乱 に よ る 実 験 結 果 な ど と 合 わ せ て か ら 氷 に よ く 似 た 構 造 と 水 素 結 合 に 欠 損 の あ る 構 造 の 2種 類 の 成 分 か ら な る 秩 序 構 造 が 水 の 中 に 存 在 し て い る と い う 仮 説 が 提 唱 さ れ て い る 。 

    標 準 と し て の 水 

    水 は 生 活 に お い て 大 変 手 頃 で 重 要 な 存 在 だ っ た の で 、 か つ て は 単 位 の 基 準 と し て 重 要 な 役 割 を 果 た し て い た 。 日 常 生 活 に お い て は 高 い 精 度 は 問 題 に さ れ な い の で 、 ( 温 度 や 純 度 を あ ま り 気 に せ ず ) 水 1cm3が 1gと し て 便 利 に 使 わ れ た り 、 「 比 重 が 1よ り も 大 き い 物 質 は 水 に 沈 み 、 1 よ り も 小 さ い 物 質 は 水 に 浮 く 」 と 言 わ れ る な ど 、 生 活 に 密 着 し た 基 準 と し て 水 は 依 然 と し て 重 要 な 存 在 で あ る 。 

    温 度 の 標 準 

    水 の 融 点 が 0° C( 精 密 に は 、 0.002 519° C) 、 沸 点 が 100° C( 精 密 に は 、 約 99.9743° C) と い う 切 り の よ い 値 で あ っ た の は 、 水 の 融 点 と 沸 点 を 基 準 と し て セ ル シ ウ ス 度 の 目 盛 り を 定 義 し た か ら で あ る 。 

    現 在 で は 、 水 の 三 重 点 の 熱 力 学 温 度 の 1/273.16 が  K( ケ ル ビ ン ) と 定 め ら れ て い る 。 し か し 、 新 し い SIの 定 義 で は 、 ケ ル ビ ン は ボ ル ツ マ ン 定 数 に よ っ て 定 義 す る こ と が 提 案 さ れ て い る 。 

    質 量 

    1g( グ ラ ム ) の 元 々 の 定 義 は 4° Cの と き の 1cm3の 水 の 質 量 で あ っ た 。  し か し 、 水 に 質 量 の 基 準 と し て 高 い 精 度 を 要 求 す る と な る と 、 必 然 的 に 高 純 度 の 水 、 高 精 度 の 体 積 、 圧 力 、 温 度 が 要 求 さ れ る こ と に な り 、 こ れ ら は い ず れ も 技 術 的 に 困 難 で あ る 。 こ の た め 現 在 の 質 量 の 定 義 は 1870年 代 に 製 作 さ れ た 国 際 キ ロ グ ラ ム 原 器 を 1キ ロ グ ラ ム と し て い る ( キ ロ グ ラ ム を 参 照 ) 。 現 在 で は 、 水 が 最 大 密 度 と な る 3.984° Cの と き の 1cm3の 水 の 質 量 は 、 0.999 974 95gで あ る 。 ま た 、 従 来 は 密 度  (g/cm3) と 比 重 が 完 全 に 一 致 し て い た が 、 こ の 定 義 を 境 に 一 致 し な く な っ た 。 

    な お 、 新 し い SIの 定 義 で は 、 キ ロ グ ラ ム は プ ラ ン ク 定 数 に よ っ て 定 義 す る こ と が 提 案 さ れ て い る 。 

    熱 量 

    1cal( カ ロ リ ー ) の 元 々 の 定 義 は 、 1gの 水 を 1° C( 1K の 温 度 差 ) 上 げ る の に 必 要 な 熱 量 で あ っ た 。 し か し 、 現 在 で は 、 カ ロ リ ー は J( ジ ュ ー ル ) に よ っ て 定 義 さ れ て い る ( 日 本 の 計 量 法 体 系 で は 、 1 cal = ( 正 確 に ) 4.184 J で あ る ) 。 

    水 の 分 布 

    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 。 

    地 球 の 水 の 総 量 は 約 14億  km3( = 1.4× 1018 m3) と 言 わ れ 、 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 。 氷 の 状 態 の 淡 水 の 大 部 分 は 南 極 大 陸 と グ リ ー ン ラ ン ド が 占 め て い る 。 

    こ の な か で 、 淡 水 湖 ・ 河 川 水 ・ 地 下 水 浅 が 、 人 間 が 直 接 に 利 用 可 能 な 水 で 、 総 量 の 1%未 満 で あ る 。 飲 料 水 と し て 利 用 で き る も の は さ ら に 少 な い 。 海 水 は 天 然 お よ び 人 工 の 全 て の 汚 れ を 合 わ せ 高 濃 度 に 汚 染 さ れ て い る た め 、 資 源 と し て の 利 用 価 値 は ほ と ん ど な い 。 

    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 。 ま た 、 こ の 循 環 の 過 程 で 地 球 表 面 の 熱 の 移 動 や 浸 食 ・ 運 搬 ・ 堆 積 な ど の 地 形 を 形 成 す る 作 用 が 行 わ れ 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 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 

    太 陽 系 外 惑 星 に は 、 大 量 の 液 体 の 水 を 保 持 し て い る 可 能 性 の あ る 惑 星 が い く つ か 見 つ か っ て い る 。 例 え ば ケ プ ラ ー 22bや グ リ ー ゼ 581d、 HD 85512 bと い っ た 惑 星 は 、 地 球 と 同 じ よ う な 環 境 で 水 の 海 を 持 つ と 推 定 さ れ て い る 。 し か し 、 GJ 1214 bや か に 座 55番 星 eと い っ た 惑 星 は 、 地 球 と は 異 な り 、 高 温 高 圧 の 超 臨 界 水 の 海 を 持 つ と さ れ て い る 。 

    2012年 、 ハ ッ ブ ル 宇 宙 望 遠 鏡 の 観 測 に よ り 、 GJ 1214 bが 高 温 の 水 蒸 気 の 大 気 を 持 つ こ と が 確 認 さ れ た 。 大 気 の 下 に は 超 臨 界 水 の 海 が 存 在 す る 可 能 性 が あ る 。 

    2011年 、 ク エ ー サ ー APM 08279+5255の 降 着 円 盤 に 、 地 球 の 水 の 140兆 倍 と い う 膨 大 な 量 の 水 が 発 見 さ れ た 。 APM 08279+5255は 、 宇 宙 誕 生 か ら 16億 年 後 の 時 代 に 存 在 す る 天 体 で あ り 、 こ の こ と は 、 既 に こ の 時 代 に 大 量 の 水 が 存 在 し て い た 事 を 示 し て い る 。 

    生 物 と 水 

    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 。 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 お り 、 そ の う ち わ ず か 数 %で も 不 足 す る と の ど の 渇 き や 熱 中 症 な ど 生 命 活 動 に 不 都 合 が あ ら わ れ 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 る 。 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 さ れ る こ と が あ る 。 生 物 の 化 学 組 成 と 海 水 の 組 成 が 似 て い る こ と も そ の 説 の 根 拠 の 一 つ で あ る 。 地 上 の 生 物 も そ の 先 祖 を た ど れ ば 水 中 生 活 を お く っ て い た 、 と さ れ る 。 

    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 。 

    人 間 と 水 

    人 体 と 水 

    人 体 に お け る 水 分 量 は 年 齢 ・ 性 別 に よ っ て 異 な り 、 新 生 児 で 約 80%、 成 人 で 60%前 後 、 高 齢 者 は 50%台 と な る 。 ま た 女 性 は 男 性 に 比 べ て 体 内 の 脂 肪 分 が 多 い 関 係 で 水 分 量 は 同 年 代 の 男 性 に 比 べ て や や 少 な い 。 そ し て 「 そ の 人 体 の 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 」 と 言 わ れ て い 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 。 

    な お ニ ッ ス イ に よ る と 一 日 に 排 出 さ れ る 水 の 量 は 体 重 60kgの 成 人 男 性 で 2,500mLで あ り 、 内 訳 と し て は 尿 1,400mL、 糞 100mL、 汗 500mL、 肺 か ら の 呼 気 500mLで あ る 。 1日 に 必 要 な 水 の 量 は 当 然 2,500mLで 、 一 般 に 飲 料 水 か ら 1,200mL、 食 物 1,000mL、 代 謝 物 300mLと し て 摂 取 さ れ 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 。 

    体 内 の 水 分 量 が 不 足 し た 状 態 を 医 学 的 に は 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 。 

    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 、 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 。 

    人 間 の 健 康 と 水 

    安 全 な 水 を 飲 め る か ど う か 、 と い う こ と は 人 間 の 健 康 に 大 き な 影 響 を 及 ぼ し て い る 。  汚 物 な ど に 触 れ た 不 衛 生 な 水 を 飲 む と 、 コ レ ラ ・ 腸 チ フ ス ・ 赤 痢 な ど で 命 を 落 と す 人 が 出 る 。 そ し て こ れ ら の 病 気 は 感 染 す る 。 体 力 の 弱 い 乳 幼 児 は 、 不 衛 生 な 水 と 摂 る と 、 し ば し ば ひ ど い 下 痢 を 起 こ し 脱 水 症 状 で 死 亡 す る 。 老 人 も 免 疫 力 が 弱 く 、 不 衛 生 な 水 で 命 を 落 と し や す い 。 ま た 、 不 衛 生 な 水 は 寄 生 虫 の 問 題 も 引 き 起 こ す 。 

    古 代 で も 中 世 で も 、 人 類 の ほ と ん ど は 水 道 無 し で 生 き て い た と 考 え て よ い 。 都 市 で 暮 ら す に し て も 上 水 道 が な か っ た の で あ る 。  安 全 な 水 を 飲 む 方 法 と し て 古 代 か ら 行 わ れ て い る ひ と つ の 方 法 は 煮 沸 ( し ゃ ふ つ ) し て か ら 口 に 入 れ る と い う こ と で あ る 。 

    水 道 

    ロ ー マ 帝 国 ( 古 代 ロ ー マ ) は 、 土 木 技 術 に 秀 で て お り 、 ロ ー マ に 水 を 引 く べ く 水 道 を 建 設 し た 。 こ れ の お か げ で ロ ー マ の 住 む ロ ー マ 市 民 は 公 衆 浴 場 を 利 用 す る こ と が で き た 。 公 共 の 水 洗 ト イ レ も あ っ た 。 石 で で き た ベ ン チ 状 の も の の 下 を 水 が 流 れ て お り 、 ベ ン チ に は 穴 が あ い て お り 、 そ こ に こ し か け て 用 を す れ ば 、 排 泄 物 が 流 れ て ゆ く の で あ る 。 ロ ー マ の よ う に 水 が ふ ん だ ん に あ る 都 市 生 活 は 世 界 的 に 見 て 例 外 的 で あ り 、 他 に 類 を み な い 状 態 で あ っ た 。  ロ ー マ 帝 国 の 時 代 、 ロ ー マ と い う 都 市 に 住 む 人 た ち は 風 呂 に 頻 繁 に 入 っ て い た わ け だ が 、 そ の 後 、 彼 ら (か つ て の ロ ー マ 帝 国 の 中 核 的 市 民 。 今 の ロ ー マ 市 民 や イ タ リ ア 人 ) は 頻 繁 に 風 呂 に 入 る 習 慣 は 失 っ た 。 

    都 市 で は 、 都 市 で 生 活 す る 者 に 安 全 な 飲 料 水 を い か に し て 届 け る か と い う こ と は 、 都 市 を 治 め る 者 、 政 治 を 行 う も の に と っ て 大 き な 問 題 で あ る 。 

    日 本 の 江 戸 で は 、 水 不 足 の 状 態 を 改 善 す る た め に 、 1652年 に 玉 川 上 水 の 建 設 が 計 画 さ れ 、 翌 1653年 、 ま ず は 本 線 が 建 設 さ れ た 。 難 工 事 で 幕 府 の 用 意 し た 資 金 は 底 を つ い て し ま い 、 玉 川 兄 弟 は 自 宅 を 売 っ て 建 設 を 続 行 し た と い う 。 承 応 3年 ( 1654年 ) 6月 か ら 、 江 戸 市 中 へ の 通 水 が 開 始 さ れ た 。 玉 川 上 水 は 江 戸 っ 子 の 自 慢 と な っ た 。 江 戸 の 上 水 道 は 世 界 的 に 見 て 質 が 高 か っ た と 指 摘 さ れ る こ と は 多 い 。 

    ヨ ー ロ ッ パ で は ど ん な 状 態 だ っ た か と い う と 、 ヨ ー ロ ッ パ で は 中 世 、 各 都 市 は 外 敵 を 防 ぐ べ く 壁 を つ く り ( 城 塞 都 市 ) 、 自 治 が 行 わ れ 、 独 立 性 が 高 く 、 小 さ な 国 の よ う な 様 相 を 呈 す る も の が 多 か っ た 。 ヨ ー ロ ッ パ の 都 市 で は 、 街 の 広 場 な ど に 、 都 市 の 近 く の 山 な ど か ら 水 道 で 水 を 引 き 、 そ の 水 を 出 す  fonte フ ォ ン テ  ( イ タ リ ア 語 、 ポ ル ト ガ ル 語 。 フ ラ ン ス 語 で は  fontaine フ ォ ン テ ー ヌ 、 日 本 語 で は 「 泉 」 ) を 設 置 し て 、 飲 料 水 を 市 民 に 提 供 し て い る も の が 多 か っ た 。 市 民 は 桶 を 持 っ て 広 場 に や っ て き て 、 こ の 「 泉 」 で 水 を 汲 ん で 、 水 が 入 っ た 重 い 桶 を 持 っ て 家 ま で 運 び 、 各 家 で そ れ を 使 う の で あ る 。 つ ま り 「 水 道 」 が あ る と い っ て も そ う い う 程 度 の こ と で あ っ た の で あ り 、 基 本 的 に 各 家 ま で 引 か れ て い た わ け で は な い 。 

    ヨ ー ロ ッ パ の 水 事 情 を 理 解 す る た め の 一 例 と し て 、 フ ラ ン ス の 首 都 の パ リ の 水 事 情 に つ い て 説 明 す る と 、 パ リ の 水 事 情 は ひ ど い も の で あ っ た 。 16世 紀 ・ 17世 紀 ・ 18世 紀 と 、 パ リ 市 民 は 安 全 な 飲 料 水 を た っ ぷ り と 確 保 で き て い た わ け で は な い 。 基 本 的 に 、 風 呂 に 入 る 、 な ど と い う こ と は 考 え ら れ な い 状 態 で あ っ た 。 や る こ と と 言 え ば 、 布 に 水 や 湯 を ふ く ま せ て 、 身 体 を 拭 く と い う こ と だ っ た り 、 せ い ぜ い や る と し て も 、 身 体 が あ ま り に 臭 く な っ た ら 、 桶 や た ら い ( 金 た ら い ) を 用 意 し て 、 服 を 脱 い で そ の 中 で 立 っ て 、 桶 に く ん だ 水 を チ ョ ロ チ ョ ロ と 身 体 に か け て 流 し 、 数 分 後 に は そ そ く さ と 身 体 を 拭 く 、 と い う 程 度 の こ と で あ っ た 。 ( 日 本 人 の よ う に 熱 い 風 呂 に 全 身 を ど っ ぷ り と 沈 め て 身 体 を 温 め る な ど と い う 発 想 は フ ラ ン ス 人 に は ま っ た く 無 か っ た 。 )  汚 水 の 扱 い も ひ ど い も の で 、 パ リ に 下 水 道 が 整 備 さ れ て い な か っ た も の だ か ら 、 市 民 は 、 汚 物 を 家 ( ア パ ル ト マ ン ) の 前 の 街 路 に 捨 て て い た 。 当 時 、 パ リ の 街 路 は 道 の 端 や 真 ん 中 に 水 が 集 ま る よ う に し て あ り 、 雨 に な る と そ こ を 雨 水 が 流 れ る の だ が 、 そ こ に 汚 物 が 大 量 に 流 れ 、 街 全 体 に 悪 臭 が 漂 っ て い た の で あ る 。 そ ん な 状 態 が 常 態 化 す る と 、 し ま い に は 、 建 物 の 3階 ・ 4階 な ど に 住 み 、 い ち い ち 1階 ま で 歩 い て 降 り る 手 間 を 面 倒 に 感 じ る 者 な ど で は 桶 に 入 っ た 汚 物 を 窓 か ら 直 接 放 り 投 げ る よ う な 不 届 き 者 す ら も い た 。 パ リ の 街 を 歩 く に は 、 足 元 の 汚 水 に も 気 を 付 け な け れ ば な ら な い し 、 同 時 に 、 頭 上 に も 注 意 を 払 っ て 汚 物 を か け ら れ な い よ う に 気 を 付 け る 必 要 す ら あ っ た の で あ る 。 こ の 状 況 が 変 わ っ た の は 19世 紀 の こ と で 、 オ ス マ ン が 行 っ た パ リ 改 造 ( オ ス マ ニ ザ シ オ ン ) の お か げ で あ り 、 オ ス マ ン は 、 パ リ 市 民 の た め に 安 全 な 水 を 豊 富 に 確 保 す る た め に 、 パ リ か ら 100kmも 離 れ た 水 源 か ら パ リ に 水 を 引 く と い う 決 断 ( 大 英 断 ) を 行 い 、 そ れ が 成 功 し 、 各 家 庭 に 十 分 に 水 を 届 け る こ と が 可 能 に な り 、 そ の 結 果 、 当 時 、 パ リ の 各 家 庭 で バ ス タ ブ を 置 き 風 呂 に 入 る と い う こ と が ち ょ っ と し た 流 行 に な っ た 。 だ が 、 今 で も フ ラ ン ス 人 は あ ま り 風 呂 に 入 ら な い 。 少 な く と も 日 本 人 の よ う に 毎 日 風 呂 に 入 っ た り す る よ う な 習 慣 は 全 然 無 く 、 本 当 に た ま に し か 入 ら な い 。 

    途 上 国 な ど で は 現 代 で も 水 道 が 無 い 国 が 多 い 。 毎 日 水 を バ ケ ツ 等 で 家 ま で 運 ぶ 地 域 も あ る 。 さ ら に 、 水 源 が 遠 い た め 自 力 で 長 距 離 を 歩 か な け れ ば な ら ず 、 そ の 労 働 に あ た る 子 供 が 通 学 さ え ま ま な ら な い 地 域 も あ る 。 

    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 の 使 用 量 

    世 界 の 水 の 使 用 量 は 、 1995年 の 段 階 で 年 間 約 35,700億 m3で 、 内 訳 と し て は 、 農 業 用 水 が 約 25,030億 m3/年 で 約 7割 を 占 め 最 大 、 工 業 用 水 が 約 7,150億 m3/年 、 生 活 用 水 が 約 3,540億 m3/年 だ っ た 、 と も 推 定 さ れ て い る 。 水 使 用 量 は 1950年 か ら 1995年 ま で で 2.6倍 に な っ て い る と も さ れ 、 2025年 に は 30億 人 以 上 が 水 の 量 と 質 の 限 界 ( 水 ス ト レ ス ) に 直 面 す る 、 と も 予 想 さ れ て い る 。 仮 想 水 と い う 指 標 で 水 の 使 用 量 が 計 算 さ れ て い る 。 

    家 庭 で の 水 の 使 用 量 は 、 国 ご と に 著 し く 異 な る 。 途 上 国 の 中 に は 「 一 日 一 人 あ た り 数 リ ッ ト ル 」 と い う 国 が あ る 。 そ の 一 方 で 、 先 進 国 で は 「 一 日 一 人 あ た り 数 百 リ ッ ト ル 」 と い う 国 が 多 く 、 途 上 国 と 先 進 国 の 間 に は 大 き な 差 が あ る 。 日 本 の 家 庭 の 使 用 量 も 他 の 先 進 諸 国 と 同 様 、 最 も 高 い 部 類 に 属 す る 。 

    日 本 で の 使 用 状 況 の 一 例 と し て 東 京 の 家 庭 で の そ れ 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 ) 。 

    さ ま ざ ま な 水 の 利 用 法 

  • 生 命 維 持 の た め の 摂 取 。 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 
  • 冷 却 ( 熱 交 換 、 気 化 熱 の 利 用 )  – エ ン ジ ン ・ エ ア コ ン の 水 冷 式 、 ラ ジ エ ー タ ー 、 か き 氷 、 か ち 割 り 、 冷 却 水 、 打 ち 水 
  • あ た た め ・ 加 熱 ( 熱 交 換 )  – 入 浴 ・ 温 泉 、 サ ウ ナ 、 床 暖 房 装 置 、 蒸 し 料 理 
  • 溶 媒 と し て の 利 用  – 点 滴 、 水 割 り 
  • 溶 媒 と し て 溶 か し 、 か つ 溶 か し た 物 質 を 除 去 す る た め  – 洗 濯 、 洗 車 
  • 摩 擦 ( 摩 擦 力 ) の 軽 減 ( 特 異 な 相 転 移 の 利 用 )  – ス キ ー 、 ス ケ ー ト 
  • 位 置 エ ネ ル ギ ー ・ 運 動 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 の 蒸 気 タ ー ビ ン 
  • 水 の 粒 を 利 用 し た 映 像 作 品 や ス ク リ ー ン と し て の 応 用 
  • 重 み を か け る た め ( 重 し と し て の 利 用 )  – 船 舶 の バ ラ ス ト 水 、 ビ ー チ パ ラ ソ ル ・ 旗 ・ の ぼ り ・ 看 板 な ど の 重 し 
  • 水 の 重 み に よ る 浮 力 の 利 用  – 船 舶 、 水 泳 
  • 消 火 剤  – 消 火 栓 、 消 防 用 水 
  • 農 業 

    世 界 の そ れ ぞ れ の 地 域 に お け る 水 の 状 況 は 、 地 域 に よ る 差 、 気 候 の 差 の 影 響 を 大 き く 受 け る 。 そ の 水 の 状 況 が 、 農 業 に 影 響 を 与 え 、 社 会 構 造 に も 影 響 を 与 え て い る 。 

    水 と 芸 術 

    水 は 人 類 に と っ て 最 も 身 近 で 重 要 な 物 質 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 。 

    水 そ の も の を 取 り 入 れ た も の に 庭 園 に お け る 池 や 噴 水 が あ る 。 

    代 表 的 な 慣 用 句 

  • 水 掛 け 論  – 双 方 が 主 張 を 言 い 合 い 解 決 し な い 議 論 の こ と 。 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 )  – 大 量 に 使 う こ と を 指 し 、 通 常 は 無 駄 遣 い や 乱 費 の 表 現 と し て 用 い ら れ る 。 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 。 茶 道 の 点 前 で 茶 道 具 を 清 め る た め に 大 量 の 湯 水 を 使 う こ と に 由 来 す る 。 
  • 水 商 売 ( ま た は そ の 略 称 「 お 水 」 )  – 飲 食 業 ま た は 風 俗 業 の 別 称 。 一 日 の 客 数 が 安 定 し な い ( 水 物 で あ る ) か ら 。 一 説 に 、 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  – 過 去 の 因 縁 を 忘 れ る こ と 。 汚 れ 物 は 水 に 溶 か し て 流 れ 去 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 普 遍 的 な も の ( 貨 幣 や 情 報 な ど ) を 水 に た と え て 、 「 洪 水 の よ う な 」 、 「 氾 濫 す る 」 な ど と 表 現 さ れ る こ と が あ る 。 

    ※ 参照元:https://ja.wikipedia.org



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