水和エンタルピーとは？水分子とイオンの結びつきが生む熱の秘密共起語・同意語・対義語も併せて解説！

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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）

水和エンタルピーとは？

水和エンタルピーは水があるイオンや分子を取り囲むときに変化する熱のことです。化学ではエンタルピーの変化ΔHとして表します。水は極性を持っており、イオンの周りに水の分子を整列させて取り囲みます。このとき水分子とイオンの間に働く引力がエネルギーとして解放されると、水和エンタルピーは通常負の値になります。負の値は「エネルギーが放出されること」を意味します。反対に、取り囲むために熱を吸収してしまう場合は正の値になります。

水和エンタルピーと格子エネルギーという言葉はよく一緒に出てきます。格子エネルギーとは、固体の結晶を崩して離すのに必要なエネルギーのことです。塩を水に溶かすときは、まず固体の格子を壊すためのエネルギーが必要で、次に水分子がイオンを取り囲むことでエネルギーを放出します。溶解の全エンタルピー変化ΔH_solutionは、次の式で表されます。ΔH_solution = ΔH_lattice + ΔH_hydration。

例として、NaCl（食塩）の場合を考えてみましょう。水中にNaClを入れると、固体の結晶は崩れ、Na+とCl-の周りに水分子が配置されます。Na+の水和エンタルピーはおおよそ約-406 kJ/mol、Cl-はおよそ約-363 kJ/mol程度です。これらは水分子がイオンを強く引きつけるほど大きな負の値となり、エネルギーを放出します。

このように、水和エンタルピーが大きく負の値であっても、格子エネルギーの大きさと相殺されると、溶解全体で熱を放出しない場合や、熱を吸収してしまう場合もあります。溶解が「発熱性（熱を出す）」か「吸熱性（熱を吸う）」かは、ΔH_solutionの符号と大きさで決まります。塩が水に溶けやすいかどうかは、主にこのエネルギーのバランスで決まるのです。

表で基本を確認。以下の表は、エンタルピーの三つの要素を簡単にまとめたものです。個々の数値は一般的な目安であり、実際には温度や水の性質、イオンの形状によって変わります。

要素	説明	例
格子エネルギー	固体の結晶を壊すのに必要なエネルギー	NaClの格子エネルギー
水和エンタルピー	イオンが水で水和されるときに放出されるエネルギー	Na+の水和エンタルピー約-406
全エンタルピー変化	溶解全体のエネルギー変化	ΔH_solution

最後に覚えるポイントを三つだけまとめます。水和エンタルピーは通常負で熱を放出すること、溶解全体のエネルギーはΔH_solution = ΔH_lattice + ΔH_hydrationで決まること、そして水分子とイオンの相互作用の強さが、溶けやすさに影響することです。

水和エンタルピーの同意語

水和エンタルピー: 水和プロセスに伴うエンタルピー変化。溶質が水分子と相互作用して水和物を作る際のモルあたりのエネルギー変化を表す。表記はΔH_hydで示されることが多い。
水和熱: 水和エンタルピーの別名。文脈によっては熱量的な表現として使われるが、厳密にはエンタルピー変化 ΔH_hyd のことを指す場合が多い。
水和エンタルピー変化: 水和過程で生じるエンタルピーの変化量。1モルあたりの値として表され、物質の水和の強さを示す指標になる。
イオン水和エンタルピー: 特定のイオンが水分子と水和する際のエンタルピー。イオンの種類ごとに異なる値をとる。
水和エンタルピー値: 水和エンタルピーの数値（モルあたりのエンタルピー）を指す表現。研究データとして用いられる。
水和反応のエンタルピー: 水和を伴う反応全体のエンタルピー。反応前後の水和状態のエネルギー差を表す。
溶媒和エンタルピー: 水以外の溶媒を対象にした溶媒和に関するエンタルピー。水和は水という特定の溶媒のケースを指すが、一般化した概念として用いられることもある。

水和エンタルピーの対義語・反対語

脱水エンタルピー: 水和エンタルピーの反対の過程に対応するエンタルピー変化。水和状態から水を取り除く脱水過程で生じるエンタルピー変化で、一般的には正の値（吸熱）になることが多い。具体的な符号は物質と条件に依存します。
脱水過程のエンタルピー変化: 水和体から水を排出する過程でのエンタルピーの変化。水分子を取り除く際のエネルギー変化で、通常は正（吸熱）となることが多いが、温度・圧力・物質により異なります。
乾燥エンタルピー: 乾燥・脱水過程で生じるエンタルピーの変化を指す一般的な語。水を取り除くことに伴いエンタルピーが変化し、脱水エンタルピーと同義的に用いられることがあります。
水和の逆過程エンタルピー: 水和を進める過程の逆過程で生じるエネルギー変化。要するに脱水反応のエンタルピーと同義として扱われることが多いです。
脱水反応エンタルピー: 脱水反応に伴うエンタルピー変化。水を除く反応のエネルギー量を表し、水和エンタルピーの対になる概念として用いられることがあります。

水和エンタルピーの共起語

水和: 水分子がイオンや他の分子の周りを取り囲み、水和殻を形成して安定化させる現象。水分子の極性がイオンを引き付け、配列が整うことが特徴です。
溶媒和: 水だけでなく任意の溶媒がイオンや分子を包み込む現象。水和は溶媒和の一形態として扱われることが多いです。
エンタルピー: 熱力学で系のエネルギー変化を表す指標のひとつ。温度と圧力一定の条件下での熱のやり取りを示します。
エンタルピー変化: 反応や物理的過程で生じるエネルギーの変化。水和過程では水和エンタルピーとして表現されることが多いです。
第一水和殻: イオンの周りに最初に配置される水分子の層。最も強く結びつく水分子が集まっています。
第二水和殻: 第一水和殻の外側にある水分子の層。弱めの水和相互作用が働きます。
水和殻: イオンが取り囲まれてできる水分子の全体の層の総称。第一・第二殻を含むことが多いです。
イオン: 電荷を帯びた原子または分子。水和エネルギーはイオンと水の相互作用によって大きく左右されます。
水分子: H2Oの分子。水和過程の基本単位となる分子です。
荷電密度: イオンの電荷の大きさと半径の比。荷電密度が高いほど水和エンタルピーが大きくなる傾向があります。
静電相互作用: イオンと水分子の間の電気的引力・反発力のこと。水和エンタルピーの主なエネルギー源の一つです。
溶解熱: 物質が溶媒に溶ける際に生じる熱量。水和エンタルピーはこの過程の一部として現れることがあります。
溶媒和エンタルピー: 溶媒分子が周りのイオンと相互作用して生じるエンタルピーの変化。水和はこの概念の一形態です。
温度依存性: 水和エンタルピーが温度によって変化する性質。温度が変わると水和の程度やエネルギー変化も変わります。
圧力依存性: 水和エンタルピーが圧力の変化に応じて変化する場合がある性質。
等温滴定熱量法: ITC。試料のエンタルピー変化を直接測定して水和エンタルピーを推定する実験法です。
滴定熱量法: 滴定を行い発生する熱量を測定する一般的な方法。水和エンタルピーの測定にも用いられます。
Bornモデル: イオンの水和エンタルピーを古典的に説明する理論モデルの一つ。電荷と半径を用いて近似します。
Born方程式: Bornモデルに基づく式。イオンの溶媒和エネルギーの定量化に使われます。
標準水和エンタルピー: 標準状態（通常は25°C・1 atm）の下で参照される水和エンタルピーの値。
水和自由エネルギー: 水和過程の自由エネルギー変化。エンタルピーだけでなくエントロピーの寄与も含めて考えます。
溶媒和自由エネルギー: 溶媒和過程全体の自由エネルギー変化。水和自由エネルギーと近い意味で使われることがあります。
エントロピー: 系の乱雑さの度合いを表す熱力学量。水和過程ではエントロピーの寄与も重要です。
水素結合: 水分子どうしや水分子とイオンの間の特定の結合形式。水和の安定性を高める要因の一つです。
極性溶媒: 水のような極性を持つ溶媒の総称。水和エンタルピーは極性溶媒の性質と強く関係します。
熱量計: 熱量を測定する機器。水和エンタルピーの実験値を得る際に使われます。

水和エンタルピーの関連用語

水和エンタルピー: 水中で溶質が水分子と相互作用する過程で生じるエンタルピーの変化。水和が進むとエネルギーが放出されることが多く、符号は負になることが多い。
溶解エンタルピー: 固体や分子が水に溶けるときの全体的なエンタルピー変化。水和エンタルピーはこの溶解エンタルピーの一部として現れることがある。
水和自由エネルギー: 水の中で溶質が自由エネルギー的に安定になる程度を示す量。負の値は溶解が自発的に進みやすいことを意味する。
溶媒化エンタルピー: 溶質が溶媒と相互作用する際のエンタルピー変化。一般に水和エンタルピーとほぼ同義で使われることが多い。
溶媒化自由エネルギー: 溶媒化過程の自由エネルギー変化。水和自由エネルギーと等価に用いられることが多い。
水和殻: 溶質の周りに形成される第一水和層の水分子の集合。水和エンタルピーの主要な寄与源の一つ。
水和数: 溶質の第一水和殻に結合・配置されている水分子の数。水和の強さや安定性の指標となる。
水和構造: 水和殻の水分子の配置や結合様式。水素結合ネットワークの再編成を含む、溶質周囲の立体的な水和の様子。
イオン水和エンタルピー: 特にイオンが水と相互作用する際の水和エンタルピー。陽イオン・陰イオンで異なる寄与が現れる。
Born溶媒化モデル: イオンの水和エンタルピーを静電的な近似で計算するBorn式。近似モデルとして広く用いられる。
電荷密度: イオンの電荷と半径から決まる指標。高い電荷密度は水和エンタルピーを大きく動かす傾向がある。
水素結合ネットワーク: 水分子間の水素結合の網目構造。イオンの周囲でこのネットワークが再編成されることで水和エンタルピーに寄与する。
分子動力学法: MDシミュレーションを用いて水和の構造・挙動・エンタルピーを計算・解析する計算手法。
熱力学積分法: 水和エンタルピーや水和自由エネルギーを熱力学的に積分して求める計算手法。理論値と実験値の比較に用いられる。
量熱法: 実験的に熱量計を用いて水和エンタルピーを測定する方法。実験データは溶解・水和の熱力学値を直接知る手段になる。