高岡智則
年齢：33歳 性別：男性 職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当） 居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション 出身地：神奈川県川崎市 身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる） 血液型：A型 誕生日：1992年11月20日 最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒 通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分） 家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹 恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）
水和エネルギーとは何か
水和エネルギーは、気体状態のイオンが水分子に包まれて水和されるときに出入りするエネルギーのことです。化学ではエネルギーの変化をエンタルピーで表します。水和エネルギーは通常負の値をとり、これは水分子がイオンと強く結びつくほど多くのエネルギーが放出されるからです。
どうして大切？
水和エネルギーが大きいほど、水に溶けやすいかというと一概には言えません。なぜなら、溶解には格子エネルギー（固体結晶を解くエネルギー）も関係するためです。NaCl の場合は、水和エネルギーと格子エネルギーの差で溶解が決まります。NaCl の溶解は比較的温度が上がると進みやすくなる傾向があり、全体としては網羅的には微小な正のエンタルピーになります。
身近な例で理解しよう
水和エネルギーがよくわかる具体例として塩を水に溶かす場面を思い浮かべてください。水分子はイオンの周りを取り囲み、イオンが水と強く結びつくことでエネルギーが放出されます。このエネルギーの大きさはイオンの電荷の大きさとイオンの半径の小ささによって決まります。電荷が大きく、半径が小さいイオン（例えば Li+ や Mg2+）ほど水和エネルギーは大きくなります。
具体的な数値を見てみよう
以下の表は水和エネルギーの代表値の例です。符号が負のときは放出されるエネルギーを意味します。
| イオン | 水和エネルギーの値(kJ/mol) |
|---|---|
| Li+ | -519 |
| Na+ | -406 |
| K+ | -322 |
| Mg2+ | -1900 |
| Ca2+ | -1650 |
| Cl- | -340 |
覚えておきたいポイント
- 要点1: 水和エネルギーは通常負の値で表され、エネルギーが放出されることを意味します。
- 要点2: 値はイオンの電荷と半径に強く影響され、電荷が大きく半径が小さいほど大きな値になります。
- 要点3: 溶解の総エネルギーは格子エネルギーと水和エネルギーのバランスで決まります。
このように水和エネルギーは化学の現象を日常の現象につなぐヒントになります。水と物質の関わりを理解する第一歩として、まずは水和エネルギーの基本をしっかり押さえましょう。
実験で感じるヒントとして、温度の変化と溶解度の関係を考えると良いです。温度を上げると水分子の動きが活発になり、結晶が崩れやすくなる格子エネルギーの影響が減ることで溶解が進みやすくなる場合が多いです。これは水和エネルギーの効果と結晶の結びつきのバランスが原因です。
最後にまとめると、水和エネルギーは水がイオンを包み込むときに放出されるエネルギーで、化学反応や溶解の理解に欠かせない考え方です。
水和エネルギーの同意語
- 水和エンタルピー
- 水和に伴うエンタルピーの変化。水分子がイオンを取り囲む過程で生じる熱エネルギーの変化を指す。符号が負なら発熱、正なら吸熱を表すのが一般的です。
- 水和熱
- 水和反応で放出または吸収される熱量の総称。日常的には水和エンタルピーに含まれる熱の変化を指す言い方で、文献では同義として使われることが多いです。
- 水和自由エネルギー
- 水和の際のギブス自由エネルギー変化。水和が自発的に進むかどうかを判断する指標で、負の値は自発的な水和を示します。
- 水和ギブス自由エネルギー
- 水和過程における自由エネルギーの変化を指す表現。水和自由エネルギーと意味はほぼ同じで、理論計算や熱力学の説明で用いられることが多いです。
- 溶媒化エンタルピー
- 水を溶媒として用いたときの溶媒分子の取り囲みで生じるエンタルピー変化。水和エンタルピーと対応する熱的側面を指します。
- 溶媒化自由エネルギー
- 水を溶媒とする溶媒化のギブス自由エネルギー変化。水和自由エネルギーの一般的な表現として使われることがあります。
- イオンの水和エネルギー
- 特定のイオンが水分子と相互作用して水和する際のエネルギー変化。イオンごとに値が異なる点を強調した言い方です。
水和エネルギーの対義語・反対語
- 脱水エネルギー
- 水和エネルギーの反対の過程で、イオンや分子が水分子の水和殻から離れる際に必要とされるエネルギー。水和エネルギーが水分子の水和を放出するエネルギーであるのに対し、脱水エネルギーは水和殻を崩すのに要するエネルギーで、正のエンタルピーになることが多い。
- 脱溶媒化エネルギー
- 溶媒分子がイオン・分子の周りから取り除かれる際に必要なエネルギー。水和エネルギーの逆過程であり、溶媒環境によっては正のエンタルピーとなることが一般的。
- デソルベーションエネルギー
- 英語 Desolvation energy の日本語表現のひとつ。水和を解く、つまり溶媒分子をイオン・分子の周りから取り除くのに要するエネルギーのこと。反応のエンタルピー・自由エネルギーの文脈で使われる。
- 脱水化エンタルピー
- 水和過程の逆過程に対応するエンタルピー。水分子をイオンの周りから取り除く際のエネルギー量を表す。水和エンタルピーの符号と反対になることが多い。
- 脱溶媒化エンタルピー
- デソルベーション過程に伴うエンタルピー。溶媒分子をイオン・分子の周りから取り除くときに必要となるエネルギーを指す。
水和エネルギーの共起語
- 水和エンタルピー
- 水和が起こるときの熱エネルギーの変化。水分子がイオンや分子と相互作用する際に放出（発熱）または吸収するエネルギー量を表す。
- 水和自由エネルギー
- 水和過程の自由エネルギー変化。温度が変わるとΔG_hydrationが変化し、反応の自発性に影響を与える。
- 溶媒化エネルギー
- 溶媒分子が溶質を取り囲む際に生じるエネルギー変化。水を溶媒とする場合は水和エネルギーとほぼ同義で使われることが多い。
- 水和殻
- 水分子が溶質の周りに作る層。最も直接的な水和を形成する第一水和殻が重要。
- 第一水和殻
- 溶質の最も近傍に配置される水分子の集まり。水和エネルギーの主たる寄与を担うことが多い。
- イオン水和エネルギー
- イオンが水分子と相互作用して安定化する際のエネルギー。陽イオンは水の極性と強く結びつく。
- 水和数
- 水和殻を形成する水分子の数。特に第一水和殻の水分子数を指すことが多い。
- 水和構造
- 水分子が周囲でどのように配置されているかの立体構造。水分子の配向や結合を含む。
- 水和定数
- 水和反応の平衡定数。水和が進む程度を定量的に表す指標。
- 水分子
- 水を構成する分子。水和の中心的な相手となる分子。
- 静電相互作用
- イオンと水分子の間の静電力。水和エネルギーの大きな要因の一つ。
- 水素結合ネットワーク
- 水分子同士の水素結合が作る連結網。水和構造の安定性に寄与する。
- 配位水
- 水分子が金属イオンなどの配位子として結合する水分子。
- アクア複合体
- 水分子が配位して形成されるイオン・金属複合体の呼称。英語 Aqua complex の日本語表現。
- 溶媒和
- 溶媒分子が溶質を包み込む現象全般。水の場合は水和とほぼ同義で使われることが多い。
- 溶媒和エネルギー
- 一般に溶媒和のエネルギー変化。水による溶媒和は水和エネルギーとして捉えられることが多い。
- 温度依存性
- 水和エネルギーは温度によって変化する性質。高温での挙動が異なることがある。
- イオン半径
- イオンの半径。大きさが水和エネルギーの大きさに影響する。
- 相互作用エネルギー
- 水分子とイオン・分子間の総合的な相互作用エネルギー。
水和エネルギーの関連用語
- 水和エネルギー
- イオンなどの溶質が水分子に囲まれて水和されるときに放出または吸収されるエネルギー。一般には負の値となり、水和の安定性を示す指標です。
- 水和エンタルピー
- 水和の過程で生じるエンタルピー変化 ΔH_hydration のこと。水和エネルギーとほぼ同義で使われ、通常は発熱を意味します。
- 水和自由エネルギー
- 水和過程の自由エネルギー変化 ΔG_hydration のこと。溶解・安定性を予測する熱力学的指標です。
- 水和エントロピー
- 水和過程のエントロピー変化 ΔS_hydration のこと。水分子の秩序づけの程度が変化します。
- 水和殻
- イオンを取り囲む水分子の層全体。最初の第一水和殻だけでなく、外側にも配置されます。
- 第一水和殻
- イオンの周囲で最初に結合・整列する水分子の層。水和数の中心的概念です。
- 水和数
- 第一水和殻に取り込まれる水分子の数。イオン種によって異なり、Na+ ではおよそ6〜8程度が典型です。
- 水和イオン
- 水和殻を持つイオンの状態。溶液中の多くのイオンは水和イオンとして存在します。
- イオン水和
- イオンと水分子が相互作用して水和される現象全般。静電相互作用や水素結合が主要な役割を果たします。
- 水和相互作用
- 水分子とイオン・分子間の相互作用の総称。静電・水素結合・誘起双極などが含まれます。
- 溶媒和
- 水以外の溶媒でも起こる溶質と溶媒の相互作用。水和は水溶媒特有の溶媒和です。
- 溶媒和エネルギー
- 溶媒和過程で生じるエネルギー変化の総称。水和エネルギーと同義で使われることがあります。
- 溶媒和自由エネルギー
- 溶媒和過程の自由エネルギー変化 ΔG_solvation のこと。溶解性や安定性の判断材料となります。
- ボーン–ハーバーのサイクル
- 結晶から溶解へ至る過程を熱力学的に結びつけるサイクル。水和エネルギーと格子エネルギーの関係を示します。
- Born方程式
- イオンの水和エネルギーを半径と溶媒の誘電率から推定する理論式。概算に用いられます。
- 溶解エネルギー
- 溶質が溶媒へ溶ける際の総エネルギー変化。水和エネルギー、格子エネルギーなどの寄与を含みます。
- 水和強さ
- 水和の強さ・程度を示す指標。水和エネルギーの大きさや第一水和殻の安定性で表現されます。
- 水和ダイナミクス
- 水和殻内の水分子の動的挙動。水分子の入れ替え・再配列の速度が含まれます。
- 水和温度依存性
- 水和エネルギー・自由エネルギーが温度とともにどう変化するかの性質。温度上昇でエネルギー変化が変わることがあります。
- 第一水和殻と二次水和殻
- 第一水和殻の外側に位置する水分子の層（二次水和殻）も水和の性質に影響します。
水和エネルギーのおすすめ参考サイト
学問の人気記事
