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水が気化すると何倍か(体積)?水が氷になると体積は何倍か?水の分子式・電子式・構造式は?【液体から気体への状態変化】

Excel・英語以外のスキルアップ

私たちが生活している中で「水」は何をするにしても欠かせないものですよね。

身近にあるためにこの水の性質が「普通」と考えられがちですが、実は水は他の多くの物質と比べても非常に特殊であり、その物性を理解しておくと日々の生活がより楽しいものに変化させることができます。

中でもここでは、水の性質として重要な「水の分子式・電子式・構造式などの化学式」「水が気化すると何倍か(体積)」「水が氷になると体積は何倍かについて解説していきます。

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水の分子式・電子式・構造式・分子量は?【化学式】

  水が気体になると体積が何倍に膨張するのか等の計算を行うには、まず水の分子式などの化学式や分子量について知っておく必要があります。

水はご存知の通り私たちの生活において最も身近な物質といえ、その分子式はH2Oと記載できます。

水の電子式(ルイス構造式)は以下のように表すことができます。水素原子Hの価電子が1、酸素原子の価電子が6のことから導くといいです。

水の構造式は以下のように直線状にはならず、折れ線になることを理解しておきましょう。

また水の分子量は分子式H2Oを参考にしますと、1 ×2 + 16 = 18と求められました。

この分子量は後に解説の水が液体から気体になると体積が何倍なるかを計算する際に必要な情報ですので、覚えておいてくださいね。。

 

水が気体になると何倍か(体積)【液体から気化(蒸発:水蒸気)】

続いて水が気化し水蒸気になると何倍(体積)になるかについても確認していきます。なお基本的に水が水蒸気(機体)になる場合には「100度であることを前提」に考えるといいです(日常生活にて水が効率よく蒸発する温度は基本的に沸騰した場合が多いため)。

この時計算しやすいように「水1モル」に着目して液体状態と気体状態の体積を考えて比較するといいです。

まず気化(蒸発)した後の圧力・温度が1気圧・100度の水蒸気1molの体積を確認していきます。

気体の状態方程式(PV=nRT)にあてはめますと、

1atm × V = 1mol × 0.082 × (273 + 100 ) = 約30.6L

と求めることができます。

一方で、液体の水の密度は温度が100度でも約1g/cm3となることと、水の分子量18となることから、18÷ 1 = 18cm3が液体の水1モルの体積となるのです。

よって水(液体)が気体(水蒸気)になるときには約30600 ÷ 18  = 約1700倍ほど」に体積膨張するのです。

水が液体から気体になるだけで1700倍と非常に大きく膨張するの、密閉容器にて破裂することがないように水が蒸発する環境にならないように十分に注意が必要です。

 

水が氷になると体積は何倍になるか【液体から固体】

今度は水(液体)が氷(固体)になると体積が何倍になるかについての計算方法を確認していきます

 

氷の密度は以下のように約0.917g/cm3であることと、液体の水の密度が約1.0g/cm3であることを比較するだけで処理できます。

https://www.jstage.jst.go.jp/article/kakyoshi/48/4/48_KJ00003521292/_pdf#:~:text=%E6%B0%B7%E3%81%AE%20%E5%AF%86%E5%BA%A6%20%E3%81%AF%20O,%EF%BC%892%20%E3%80%95%E3%81%A7%20%E3%81%82%20%E3%82%8B%E3%80%82より引用

具体的には水と氷の1gあたりの体積を計算していきますが、この時「重さ÷密度」にて各々の体積を求めることができるのです。

つまり密度の逆数を比べると、体積が何倍になるかを求めることができ、1/ 0.917÷ 1/1 = 約1.09倍と計算できるのです。

これが水が氷になった場合の体積の変化率といえます。

まとめ 水が水蒸気や氷になると何倍(体積)か?水の電子式や構造式は?

 ここでは、水の性質として重要な「水の分子式・電子式・構造式などの化学式」「水が気化すると何倍か(体積)」「水が氷になると体積は何倍かについて解説ししました。

水は使用する機会も多いのでその扱いには気を付けるといいです。

水を始めとした様々な知識を身に着け、日々の生活に役立てていきましょう。

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