ストローの静電気で水が曲がる原理は？

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質問者：teppoo29
質問日時：2005/06/02 17:27
回答数：3件

ストローを擦って静電気を帯びさせて、蛇口から落ちる
水道水に近づけると、水がストロー側に引き寄せられる
現象があります。
また通常ストローはマイナスに帯電すると聞きました。

ということは、

(1)水道水は通常状態でプラスに帯電していることにな
　るのでしょうか？

(2)それとも、水に含まれるプラスイオンなりが水流の
　ストロー側に引き寄せられて全体的に水を引き寄せ
　るのでしょうか？
　この場合、水の中の電子は水流のストローとは逆側
　に移動するため、電子による反発よりもストローに
　近いプラスによる引力が勝って、全体的に水流が引
　き寄せられるんでしょうか？

宜しくお願いいたします。　　　　　　　　
　

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回答 (3件)

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No.2ベストアンサー

回答者： shkwta
回答日時：2005/06/03 06:17

静電気に引きつけられる度合いは、比誘電率と関係があります。

物質を電場の中に置くと、電子の偏りが生じて、表面に電荷が現れます。これを分極といいますが、分極の起こりやすさを示すのが比誘電率です。水の比誘電率は20℃で約80あり、液体物質としては特に大きい値を持っています。

表面に現れる電荷は、近づけた電荷の反対です。ですから、プラスに帯電した物体を近づけるとマイナス、マイナスに帯電した物体を近づけるとプラスの電荷が、近づけた側の表面に現れます（反対側の表面には、その逆の電荷が現れます。電荷の合計はゼロです）。

ですから、水はプラスの電荷にも引きつけられます。アクリル樹脂を絹布で擦るとプラスに帯電しますので実験できます。

水だけでなく、紙くずや髪の毛もひきつけられますが、これも紙くずや髪の毛が分極するからです。分極は、多かれ少なかれどんな物質にも起こります。

常温の水の比誘電率が大きい理由は、No.1様の説明の通り、水の分子に電荷の偏り（極性）があるためです。

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この回答へのお礼

有難うございます。

よく解りました。

あと、もう少し教えてください。

表面に電荷が現れるとは、全ての水分子がその電気的
偏りを同一方向に揃えることで、全体的にみて電荷が
表面に現れたものと同一視できる。という事ですか？
それとも、電子が表面まで実際に移動して帯電してい
るのですか？

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お礼日時：2005/06/03 09:55

No.3

回答者： ssk0723
回答日時：2005/06/03 12:10

電子の位置は特定できません。

だから水におけるその存在確率を濃淡で表すと酸素よりが濃くなり、
水素よりが薄くなります。（これは分子1個ごとにです。）
つまり水は普段から分極しています。

普通に流れているときは分子は無秩序ですが、帯電しているストローに近づくにつれ、水素側が近づこうとします。
そしてストローから遠ざかると何事もなかったように無秩序に振舞います。

よって、電子の移動などは考えなくてもよいです。分子の分極が作用していると考えられます。

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この回答へのお礼

有難うございます。

解りました。

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お礼日時：2005/06/03 16:51

No.1

回答者： BLUEPIXY
回答日時：2005/06/02 20:49

水の分子はＯ（酸素）にＨ（水素）が２つ付いた形で表されると思いますが、

イオン的にはＨが＋１でＯが－２で全体として電気的に中性になっています。
ですが、構造的には、ＨがＯを中心として１２０度の角度で２つ付いている形になるため、小さい部分でみると、電気的偏りがあります。（確か分極とかいうのだったと思う）
そのために、静電気によって引き寄せられます。

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この回答へのお礼

有難うございます。
水分子の電気的偏りが原因なんですね。

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お礼日時：2005/06/03 09:41

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ストローをティッシュでよくこすると、ストローにはマイナスの電気が起こります。
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教えてください。
お願いします。

Aベストアンサー

面白い疑問ですね。
　
摩擦電気が発生する仕組みをちょっと詳しく書いてみます。
　
物質はどんなものでも、原子からなっています。そして個々の原子には＋の電気を帯びた原子核と、その周囲に分布する、負の電気を帯びた電子があります。通常、原子は、原子核の＋の電荷量と総電子の－の電荷量とが一致しているため、電気を帯びていないように観察されます※
　
さて、そんな電気的に中性な物質でも、他の物質と擦れ合うと、電子を遣り取りすることがあるのです(原子核内の＋の電荷を持った粒子の遣り取りは起こりません)。
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Aベストアンサー

普通はストローは負に帯電するようです。

ですが、この実験はおそらく正に帯電した棒を近づけてもうまく行くと思います。次のように。
ポイントは水分子が＋－向きを持った構造をしていること、およびストロー付近の電界が不均一（電界はストローに近づくほど強い）ということにあるはずです。
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Aベストアンサー

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Aベストアンサー

イオン化エネルギー（単位はｋＪ／ｍｏｌ）

Ｈ　　１３１２

Ｎａ　４９５　　４５６２　　６９１１
Ｍｇ　７３７　　１４７６　　７７３２

Ｋ　　４１９　　３０５１　　４４１０
Ｃａ　５８９　　１１４５　　４９１０

Ｈｅ　　２３７３　　５２５９
Ｎｅ　　２０８０　　３９５２
Ａｒ　　１５２０　　２６６５　

１．不活性元素（希ガス）の電子配置から先に行くのは難しいのが分かります。
　　Ｎａ^2+は存在しないだろうというのはエネルギー的な判断として可能です。

２．Ｃａ^2+を実現するために必要なエネルギーはＮａ^+を実現するために必要なエネルギーよりも２倍以上大きいです。でもＣａ^2+は安定に存在します。これはイオン化エネルギーの大きさだけでは判断できない事です。
ＣａＯとＮａＣｌは結晶構造が同じです。融点を比べると結合の強さの違いが分かります。
ＮａＣｌ　８０１℃　　　ＣａＯ　　２５７２℃

ＣａＯの方が格段に結合が強いことが分かります。
結合が強いというのを安定な構造ができていると考えてもいいはずです。
ＮａＣｌは(＋)、(－)の間の引力です。ＣａＯは(２＋)、(２－)の間の引力です。これで４倍の違いが出てきます。イオン間距離も問題になります。Ｃａ^+には最外殻のｓ軌道に電子が１つ残っていますからＣａ^2+よりも大きいです。荷電数が大きくてサイズの小さいイオンができる方が静電エネルギーでの安定化には有利なのです。
Ｆｅ(ＯＨ)2よりもＦｅ(ＯＨ)3の方が溶解度が格段に小さいというのも２＋、３＋という電荷の大きさの違いが効いてきています。サイズも小さくなっています。

イオンは単独では存在しません。必ず対のイオンと共に存在しています。
水和されていると書いておられる回答もありますが対のイオンの存在によって安定化されるというのが先です。
水溶液の中であっても正イオンだけとか負イオンだけとかでは存在できません。水和された正イオンと水和された陰イオンとが同数あります。水和された負イオンの周りは水和された正イオンが取り囲んでいます。液体の中にありますからかなり乱れた構造になっていますが正負のイオンが同数あって互いに反対符号のイオンの周りに分布しているという特徴は維持されています。

３．ｄ軌道に電子が不完全に入っている元素を遷移元素と呼んでいます。
　　「遷移」というのは性質がダラダラと変わるということから来た言葉です。普通は族番号が変われば性質が大きく変わります。周期表で横にある元素とは性質が異なるが縦に並んでいる元素とは性質が似ているというのが元素を「周期表の形にまとめてみよう」という考えの出発点でした。だから３属から11族を１つにまとめて考えるという事も出てくるのです。
　性質が似ているというのは電子の配置に理由があるはずです。電子は最外殻のｓに先に入って後からｄに入ります。エネルギーの逆転が起こっていますが違いは小さいものです。まず外の枠組み（ｓ軌道）が決まっている、違いは内部（ｄ軌道）の電子の入り方だけだというところからダラダラ性質が変わるというのが出てきます。Ｍ^2+のイオンがすべて存在するというのもここから出てきます。１１族の元素に１＋が出てくるのは内部のｄ軌道を満杯にしてｓ軌道電子が１つになるというからのことでしょう。これは＃７に書かれています。でもそれがなぜ言えるのかはさらに別の理由が必要でしょう。
　ｓ軌道の電子が飛び出してイオンができたとすると残るのはｄ軌道の電子です。イオンのサイズがあまり変わらないというのはここから出てきます。
　イオンの価数の種類が１つではないというのも遷移元素の特徴です。エネルギーにあまり大きな違いのないところでの電子の出入りだという捉え方でもかまわないと思います。イオン単独で考えているのではなくてイオンが置かれている環境の中で考えています。イオン化エネルギーの大小だけではありません。
　色が付いている化合物が多いというのもエネルギー的にあまり大きな違いのない電子配置がいくつか存在する、そのエネルギー状態は周囲の環境によって割合と簡単に変化するという事を表しています。普通なら電子遷移は紫外線の領域です。可視光の領域に吸収が出るのですから差の小さいエネルギー準位があるという事です。この色が周りに何があるかによって変化するというのも、変動しやすいエネルギー順位があるという証拠になるのではないでしょうか。酸化銅、硫酸銅、塩化銅、硝酸銅、結晶の色は異なります。水和された銅イオン、アンモニアが配意した銅イオンもはっきりとした色の違いがあります。

４．今考えているイオンの電荷は実電荷です。酸化数は実電荷に対応しているとは限りません。
　単原子イオンの酸化数はイオンの価数そのままですが、単原子イオンではない、分子中の原子、または多原子イオンの中の原子の酸化数は形式的に電荷を割り振ったものです。イオンでないものであってもイオンであるかのように見なしているのです。「Ｃｒ^(6+)」が存在するなんて書かれると「？？？？」となってしまいます。Ｃｒ２Ｏ３の融点が２４３６℃、ＣｒＯ3の融点が１９６℃であるという数字から考えるとＣｒＯ3はイオン性ではありません。無水クロム酸とも言われていますがＣｒＯ４^2-の中の結合と同じであろうと考えられます。
　ＣＯ２はＣ^(4+)１つとＯ^(2-)２つが結合したものと教えている中学校があるように聞いていますが困ったことです。「硫酸の中の硫黄の原子価は６＋である」と書いてある危険物のテキストもあります。酸化数と原子価の混同はかなり広く見られることのようです。Ｃｒ^6+　という表現はそれと同列のことですから堂々と回答に書かれては困ることです。

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基本的な質問ですが、よろしくお願い致します。

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これは、純水だとイオンが存在しない（非常に少ない）ため、
電流が流れないからですよね。

しかし、水に濡れた手で電気製品やコンセントを触ると感電します。

そこで、質問です。
「水は電気が流れるのですか？流れないのですか？」

手に付いている水は純水でなく、イオンが存在しているから
流れるのではないかと考えています。

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イオン濃度はどの程度でどのくらい電流を流すのでしょうか？

以上、よろしくお願い致します。

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H2O → H+ ＋ OH-
このわずかな両イオンが電気を伝えるのです．
http://www.espec.co.jp/env-test/e-seminar/basic/basic1-2.html
しかし，電気伝導度は非常に低いです．
http://reefaqua.com/tips/jundo.html

一方，水道水などでは，電解質（NaClなど）が含まれていますので，
純水と比較すると電気伝導度は高くなります．
http://www.mmm.muroran-it.ac.jp/~msakai/corrosion/moundless5.htm

イオン濃度がどのぐらいで電流を流すのか，というのは，
明確な区別はありません．入っていればいるほど，たくさん流れる，
というのが答えですね．

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