水の物理的・化学的性質

水（化学式：H2O）は、水素と酸素から構成されるカルコゲン化水素であり、地球上の生命維持に不可欠な物質です。室温において無味無臭の極性液体として存在し、その特異な性質は分子間の水素結合に大きく依存しています。

物理的性質

水の物理的性質は、水素と酸素の同位体比率によって微細に変化するため、科学的な測定においては「ウィーン標準平均海水（VSMOW）」が国際的な標準物質として用いられます。

密度と状態変化

水は標準大気圧下において、約3.984°Cで最大密度（999.97495 kg/m³）に達します。多くの物質とは異なり、固体である氷は液体よりも密度が低いため、水に浮くという特性を持ちます。これは氷の結晶構造が水素結合によって嵩高い構造をとるためです。

沸点と融点

標準気圧（101.325 kPa）における融点は約0.002519°C、沸点は約99.9743°Cです。これらの値は国際温度目盛（ITS-90）に基づいています。

光学的性質

水は一般に無色透明とされますが、赤外吸収スペクトルの裾野が可視領域に及ぶため、厚い層ではわずかに青緑色を呈します。

化学的性質

水分子は酸素原子と2つの水素原子が共有結合で結びついており、H-O-Hの結合角は約104.45°です。酸素原子の電気陰性度が高いため分子全体に極性が生じ、これが優れた溶媒としての能力や、高い比誘電率（20°Cで79.87）の源泉となっています。

水素結合と高次構造

水分子間には水素結合が形成され、これによりクラスター状の高次構造が生じます。液相におけるこの構造については、長年「連続体モデル」と「ミクロ不均一モデル」の間で議論が続いてきました。近年のX線分光実験などにより、氷に似た構造と水素結合が欠損した構造が混在する不均一な状態であるという仮説が支持されています。

反応性

水は酸や塩基として機能する両性物質であり、多くの生化学反応において溶媒としてだけでなく、加水分解や水和反応の基質としても重要な役割を果たします。