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不思議な物質としての水
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｢水辺のある風景というのはなぜか落ち着く｣。画家であり評論家で
もある宮迫千鶴氏は、かつてとどにこう語ったことがある｡｢引っ越 し先にはできるだけ水のある風景が見える場所を選びたい。もしそ れが叶わないときは部屋に水にまつわる風景画や写真を飾る｣と。 芸術家らしい繊細さが、水の持つやさしさに魅かれたということな のだろうか。それともいのちの源を希求するようなある渇きがそこ にあったのかも知れない。芸術家の繊細さを持ち合わせぬ我が身で も、流れるせせらぎに向き合う時、えもいわれぬ穏やかさを感じる ことがある。それを思えば、彼女の気持ちは理解できる気がする。 中国には｢知者は水を楽しむ｣という言葉がある｡｢水が一ヵ所に停滞 せず流れて行くように､知者は臨機応変に事を処理する｣との意味だ が、その背景には水の持つ千変万化の姿が横たわっている。また同 じく中国に｢水は方円の器に随う｣という言葉もある。四角い器に入 れば四角くなり丸い器に入れば丸くなる。実に水は変化自在だ。 その水の千変万化を少し調べ始めたら、水という物質が実に不思議 な性質を持った珍しいものだということが見えてきた。その第一は ふだん私たちが目にする水の姿である。どういうことか。 水という物質は､｢気体としての水蒸気｣ ｢液体としての水｣ ｢固体と しての氷や雪｣などの姿を見せる。どれもさほど 不思議を思わせる 気はしない。ところがこの三態自体が実は不思議なのだという。水 は化合物である。化合物とは２種以上の元素が結合している物質を 指すものだ。ところが化合物と呼ばれるものでこの三態を自然環境 下において持つ物質はほかにないというのだ。ふ〜む。 もっと身近な話として水の不思議を語ってみよう。一番分かりやす いのが氷と水の関係だろう。ふつう氷は水に浮く。私たちはこれに 何の不思議も抱かない。だが科学の常識では違うのだ。物質は一般 的に固体になるほど密度が高まるものである。ところが水に限って は固体の方が密度が低い。だから水に浮くのだ。変なのである。 もっとも、氷の方が密度が低いからこそ、生き物は助かっていると もいえる。もし氷の密度の方が高ければ水は凍りだすごとに沈んで いき、池や湖は底から表面まですべて凍結してしまうはずだ。池全 部が凍ってしまっては生物は生きてゆくことができない。しかしな ぜ池全部が凍らないのだろうか。そういう疑問も湧いてくる。 それはこういうわけだ。水の温度が下がると４℃で一番密度が高く なる。一番重い状態になるのだ。だから表面が０℃以下になっても ４℃の水が池底に下っていくから池全体が凍ることがなく、水中の 生物は生きていけるのである。もっとも厳密には、池の底で大地に 接する水の温度ということも考えなくてはならないだろうが。 いま述べた、水がもっとも高い密度を示すのは通常１気圧下で４℃ だということはほとんど常識だろう。しかしこれも実に不思議な性 質なのだという。一般的に液体は上昇温度に比例して体積が大きく なるものなのだ。なのに水は氷の０℃から４℃に向かって温度上昇 していくプロセスでは逆に体積を縮めていく。物質の一般的な特性 を知るほど水の不思議さが見えてくると科学者は語る。 まだある。H2Oという水の分子量は18である。これ同様にH2Xという かたちの化学式を持ち分子量の違ういくつかの物質と比べてみると もっと面白いことが見えてくる。それはこういうことだ。 これらの物質の沸点をグラフに取ると分子量ごとに並んで右上がり のグラフを描く。分子量の多いものほど沸点は高くなる。ところが 水はこのグラフの延長線上に並ばないのだ。ひどくかけ離れたとこ ろに沸点を持っている。あえてこのグラフの中に分子量18としての 沸点を求めようとすると、その温度は何と１気圧下で−90℃となっ てしまうのだ。つまり水がふつうの物質と同じなら−90℃が沸騰点 になるということだ。またこの時の氷点は−110℃以下だという。 もし水がこのグラフ上に並ぶ普通の物質だとしたら、平均大気温度 15℃の中では、地球上すべての水がもうもうたる蒸気となって渦を 巻いていることになる。体中の体液はおそらく沸騰し続けているこ とになるだろう。これを逆の表現でいえば､私たちは気温−100℃前 後の中でしか生きていけないということになる。 また水は驚くほど能力の高い溶媒である。これは水の分子が酸素側 で−の荷電を持ち、水素側で＋の荷電を持つことに由来する。こう した水分子のような特性を持つ分子を極性分子という。全体として は中性なのに、その分子内では＋荷電と−荷電の中心がずれて離れ ている。このようなかたちにおいて極が離れるほどそれぞれの荷電 が大きくなるが、そのことを双極子能率と呼ぶ。水の分子ではこの 双極子能率がきわめて高い。実は、この双極子能率の高さが、水の 溶媒としての比類ない力を作り出しているのだ。 身近な例でいえば、醤油のこびりついた皿を水につけておくだけで いつしか醤油は水に溶けだしていることなどがあげられる。ふだん 何気なく利用しているがこれが水の溶媒としての質の高さなのだ。 この双極子能率の高さという力が自然に与えてきた影響は、実に幅 広いものがある。双極子能率が高いとは、いわば引きつける力が強 いということだ。だから岩石などのどんな隙間にも水はこの力で染 み込んでいく。その結果、凍結で膨張し岩石を割って風化させてし まうのだ。岩が割れて小石や砂となり、さらには微粒子となって土 を形成するようになる。元来地球は溶岩の冷えた塊であった。こう した水の力と風化作用がなければ、この大地はなかったのである。 と同時に水の力はまた、岩石中の成分をいわば強引に水の中に溶け 込ませてしまう働きもする。太古、原始の海は淡水だった。降り続 く雨が大気中の塩素と陸地のナトリウムを溶かして運び込み、いつ しか塩分の濃い海としていったのだ。そして海に塩分がそそぎ込ま れなかったら現在の地球型生命は生まれていないだろう。生命の代 謝にナトリウムは欠かすことのできないものだからだ。 そして水の双極子能率は、地中の金をも連れ去って海に流し込んで いった。46億年にわたる地球の水の代謝は、何と全海域中に世界の 人間すべてを億万長者にするほどの金を眠らせているという。こと ほどさように水の力はさまざまな物質を海に運び込み、海を濃密な スープと化している。この海水から地上で採取しにくい金属などの ｢採掘｣をしようという試みが、いま真剣に考えられている。 水という物質が持つ不思議な性質は、科学の目がとぎすまされるほ ど膨らんでいく様相を見せている。果たして水とはいったい何なの であろうか。改めて水という物質の不思議を思う。 |
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