Water Chemistry 水の化学表記がH2Oであることはご存じでしょう。 水の分子は、1個の酸素原子と2個の水素原子が結合したものです。 水素原子は酸素原子の片側に「くっつき」、その結果、水分子は水素原子がある側に正の電荷を、反対側の酸素原子がある側に負の電荷を持つことになります。 反対側の電荷は引き合うので、水分子は互いに引き合う傾向があり、水は一種の「粘着性」となっています。 水素原子のある側（プラス電荷）は、別の水分子の酸素側（マイナス電荷）と引き合うのです。

このように水分子が互いに引き合うということは、水分子同士が固まりやすいということです。 これが、水滴が水滴である理由です。 もし重力などの地球の力がなければ、水滴は球状、つまり完全な球体になっているはずです。

水は他のどの液体よりも多くの物質を溶かすので、「万能溶媒」と呼ばれています。 つまり、水が地中や私たちの体内を通るときには、貴重な化学物質やミネラル、栄養素を一緒に運んでくれるのだ。

水の物理的性質：
水は、地球上で通常見られる温度で、液体、固体（氷）、気体（蒸気）の3つの状態すべてで見られる唯一の自然物質であるという点で、ユニークな存在です。 実際、水の凝固点と沸点は、温度が測定される際の基準となっています。 水は、液体よりも固体の氷の方が密度が低いという珍しい性質があり、そのため氷は浮く。

水は比熱指数が高い。 これは、水が熱くなり始める前に、多くの熱を吸収できることを意味する。 このため、水は産業界や車のラジエーターで冷却剤として重宝されています。 また、水の高い比熱指数は、空気の温度変化の速度を調整するのに役立ち、特に海の近くでは、季節間の温度変化が急激ではなく緩やかであるのはこのためです。

水は非常に高い表面張力を持っています。 つまり、水は粘着性と弾力性があり、薄い膜状に広がるより、滴状に固まる傾向がある。 表面張力は、植物の根や私たちの体の細い血管の中を水（とその溶存物質）が移動する毛細管現象に関与しています。

水温：
水温は、泳ぐ人や釣り人にとってだけでなく、産業界や、魚や藻類にとっても重要です。 発電を行う発電所では、冷却のために多くの水が使われます。 発電所の冷却には冷たい水が必要で、一般に暖かい水は環境に戻されます。 放出された水の温度は、下流の生息地に影響を与える可能性があります。 また、温度は、水が酸素を保持する能力や、生物が特定の汚染物質に抵抗する能力にも影響を与える可能性があります。

pH:
pH は、水がどの程度酸性/塩基性であるかを示す尺度です。 pHは0～14の範囲で、7が中性です。7未満のpHは酸性を示し、7以上のpHは塩基性を示します。pHは実際には、水中の遊離水素イオンと水酸基イオンの相対量を示す尺度です。 遊離水素イオンが多い水は酸性で、遊離水酸基イオンが多い水は塩基性です。 pHは、水中の化学物質の影響を受けるため、化学変化している水の重要な指標となる。pHは、地震を測るリヒタースケールのように「対数単位」で表示される。 それぞれの数値は、水の酸性度／塩基性度が10倍変化することを表しています。 pHが5の水は、pHが6の水よりも10倍酸性が強い。

汚染は水のpHを変化させ、その結果、水中に生息する動物や植物に害を与えることがある。 たとえば、放棄された炭鉱から出る水のpHは2であり、これは非常に酸性で、その中で生きようとする狂った魚に間違いなく影響を与えるでしょう。 対数スケールで計算すると、この炭鉱排水は中性の水の10万倍の酸性になります — ですから、廃坑には近づかないようにしましょう。

比電導度：
比電導度とは、電流を流す水の能力を示す尺度です。 これは、水中の溶存固形物（塩など）の量に大きく依存します。 蒸留水のような純水は比抵抗が非常に小さく、海水は比抵抗が大きくなります。 雨水は空気中の浮遊ガスや浮遊塵を溶解していることが多いので、蒸留水よりも比電導が高いことが多い。

おそらく学校で、電球に電池をつないで、電池から2本のワイヤーを水の入ったビーカーに通す実験をしたことがあると思います。 その電線を蒸留水の入ったビーカーに入れると、光は点きません。 しかし、ビーカーに塩水（食塩水）を入れると、電球は光ります。 塩水では、塩が溶けて自由電子が放出され、電流が流れるのです。

濁度：
濁度とは、水の濁りの度合いを示す尺度である。 水中に光線を通し、水中の粒子からどれだけ反射されるかを見ることで測定されます。 水の濁りは、水中に浮遊しているゴミや落ち葉などの物質が原因です。 タホ湖のような澄んだ水（湖に土砂が流れ込まないように工夫されている）は、濁度が非常に低くなっています。 しかし、嵐の後の川を見ると、おそらく茶色になっています。 水中に浮遊している土が見えているのです。 幸いなことに、飲料水の濁りの原因となる物質は、家庭のグラスに届く前に沈殿するか、ろ過されます。 濁度は、ネフェロメトリック濁度単位（NTU）で測定されます。

溶存酸素：
水の分子には酸素原子が含まれていますが、この酸素は自然水に生息する水生生物にとって必要なものではありません。 実際には、水100万分の10程度の微量の酸素が水に溶けています。 この溶存酸素は、魚や動物プランクトンが呼吸し、生きていくために必要なものです。

渓流や大きな川など、流れの速い水には溶存酸素が多く含まれ、淀んだ水にはほとんど含まれない傾向があります。 下水処理場から出るような有機物を水中のバクテリアが分解する過程で、酸素が消費されるからです。 そのため、湖や川で有機物が過剰になると、酸素不足の状態になることがあります。 特に、溶存酸素濃度が季節的に低くなる夏場は、腐敗した有機物を多く含む淀んだ水では、水生生物は苦労することになります。

硬度：
水に溶けているカルシウムとマグネシウムの量は、その「硬度」を決定します。 水の硬度はアメリカ全土で異なります。 もし、あなたが「軟水」の地域に住んでいるのなら、水の硬度という言葉すら聞いたことがないかもしれません。 しかし、フロリダ、ニューメキシコ、アリゾナ、ユタ、ワイオミング、ネブラスカ、サウスダコタ、アイオワ、ウィスコンシン、インディアナなどの比較的硬度の高い地域に住んでいると、手や衣服を洗うときに泡立ちが悪いことに気が付くかもしれません。 また、硬水は設備にダメージを与える可能性があるため、あなたの地域の産業界では、お金をかけて水を軟化させなければならないかもしれません。 硬水は、布や衣服の寿命を縮める可能性もあります。 ということは、硬水の地域に住んでいる学生は、服が早く擦り切れるので、最新のファッションについていけないということでしょうか？

浮遊物質：
浮遊物質とは、川の中を移動している土の量のことです。 流れの速い水は、穏やかな水よりも多くの土を拾って浮遊させることができるため、水の流れの速さに大きく依存します。 嵐になると、土は川岸から流れに流されます。 川に流れ込む量は、川の流域の土地の種類や川を取り巻く植生によって異なります。

川に沿って土地が乱され、保護措置がとられないと、過剰な土砂が川の水質を悪化させる可能性があります。 建設業者が開発中の土地の端に設置する、短いプラスチックの柵を見たことがあるかと思います。 余分な土砂は小川、川、湖、貯水池に害を及ぼすからです。

貯水池に流れ込む土砂は常に懸念されることです。 貯水池は、土砂が入り込みすぎると「シルト化」することがある。 貯水池の容積が減り、ボート遊びや釣り、レクリエーションのための面積が減り、ダムにある発電所の発電能力も低下する。

水溶液地球化学：
水溶液化学サイクルの図を見てください。

• 酸＝水素を含む物質で、水に溶けると遊離水素（H + ）を与える

• 塩基＝OH基を含む物質で、水に溶けると遊離（OH – ）を与える

• 酸溶液とは、余りに遊離H + 、および余りに遊離OH – が含まれるもので、塩基は、余りに含まれるもので、塩基は、余りに遊離OH – が含まれるもので、酸溶液は、余りに含まれるものである。 酸と塩基の反応は通常、中和と呼ばれる。

例えば、以下のようになります。

• HCl（酸）+ NaOH（塩基） ==> H 2 O + NaCl
  このとき、
  H + Cl – + Na + + OH – ==> H 2 O + Na + + Cl –

• すなわちNa +とCl -には影響がない。

• pH = 遊離H + の濃度（活性）の逆対数 、または pH = -log

• 水はH + とOH – に解離し、

• その解離定数は、。 K water = =10 -14

• したがって、標準温度25℃の中性溶液1kg中には、H+とOH-がそれぞれ10 -7モル存在しなければならないことになります。 1モルは6.023×10 23原子（または分子）で、H 2 Oは1モルあたり18グラムの分子量を持っています。 1kgの水には約1000/18=55.6モルの水または約3.35×10 25個の酸素とその約2倍（6.7×10 25個の原子）のH +が含まれています（解離しないH 2 Oの量に比べ、解離しないH +または遊離するOH -の量は比較的少ないです）。

• pHは25℃で0から14まであり、pH < 7=酸性溶液、pH > 7=塩基性溶液です。 HClまたは他の酸が追加された場合、pHは減少し、NaOHまたは他の塩基が追加された場合、pHは増加します。

• pHは炭酸（弱酸）が解離すると上昇します。 化石燃料が燃やされたときに大気中で起こるように、二酸化炭素が水と結合すると、炭酸が生成されます。 H 2 O + CO 2 ==> H 2 CO 3 . 遊離のH+は連続した解離の間に利用できるようになる。

• H 2 CO 3 ==> H + + HCO 3- 炭酸から重炭酸、pH ~6.4 で発生

• HCO 3 ==> H + + CO 32- 重炭酸から炭酸、pH ~10で発生。3

H + は酸性のとき、つまり pH < ~7 のときだけ利用できることを忘れないでください。 炭酸水素塩から炭酸塩への解離は、系内に OH – が過剰にあるときに起こり、H + が「放出」されて塩基平衡をとるのです。

• 水中に溶存する陽イオンと陰イオン

  陽イオン＝電子供与体、正電荷を帯びる。 Na + , K + , Mg ++ , Ca ++ , Fe ++ or Fe +++ , Mn ++ , Al +++

陰イオン = 電子受容体、負の電荷を帯びる。 Cl – , F – , I – , Br – , SO 4– , CO 3– , HCO 3- , NO 3– , NO 2-

金属＝主に陽イオンと同じ働きをする： Cu, Zn, Pb, Co, Ni, Cr, As, Se, Mo, etc.である。

• 水の分析 – 陽イオン-陰イオンのバランスが必要

millequivalent (MEQ) = モル当量、陰イオンまたは陽イオン、溶液中に溶解した問題のイオンによる総電荷の尺度。 濃度から始め、モル重量で割り、電荷を乗じる。 XX mg/L / MW x CHG = MEQ

例: 溶液中のNaCl、Na=50 mg/L (50 ppm): 50/23 x 1 = 2.17 MEQ

Cl=77 mg/L (77 ppm): 77/35.5 x -1 = -2.17 MEQ

ですから、カチオン・アニオンMEQ合計が釣り合わない場合、分析には何らかの誤りが存在することになります。