カケル「先生、水とエタノールって、どちらも液体で見た目も似ているのに、なんで性質が違うんですか？ どっちも同じ分子でできてるってわけじゃないんですよね…？」

テイス「カケルさん、非常に良い着眼点ですね。物質の性質の違いは、単に見た目だけで判断できるものではないということを、感覚的に理解できている証拠です。素晴らしい！ まず、カケルさんの言う『同じ分子』という点について、少し掘り下げて考えてみましょうか。水とエタノール、それぞれどんな分子でできているか知っていますか？」

カケル「えっと…水はH₂Oで、エタノールは…C₂H₅OH、でしたっけ？ なんか、ちょっと複雑ですよね。分子の形とかが違うんでしょうか？」

テイス「その通りです、カケルさん。水は水素原子2つと酸素原子1つが結合した単純な構造なのに対し、エタノールは炭素原子、水素原子、酸素原子が複雑に結合した構造をしています。この分子の構造の違いが、水とエタノールの性質の大きな違いを生み出しているのです。例えば、水には水素結合という特別な結合がありますが、エタノールにはそれがないんです。この水素結合が、水の沸点が高い理由の一つにもなっているんですよ。では、ここで質問です。もし水素結合がなかったら、水の沸点はどうなると考えられますか？」

カケル「えーっと、水素結合がなくなったら…分子同士の結びつきが弱くなるから、沸点も低くなる？　水って、すごく特別な液体なんですね…！」

テイス「その通り、よく理解できていますね。水は水素結合のおかげで、他の分子量の近い液体よりも高い沸点を持っているんです。さて、沸点の話が出ましたが、水とエタノールではどちらが沸点が高いか知っていますか？」

カケル「えっと、水の沸点は100℃で、エタノールは…78℃くらいでしたっけ？ 確か、お酒に含まれるから、沸点が低いって聞いたことがあります。」

テイス「正確ですね！ 水の沸点が100℃と高いのは、水素結合の力が大きいから、ということを覚えておきましょう。では、ここで少し発展的な内容に入りましょう。水とエタノールはどちらも極性分子という性質を持っています。この「極性」という言葉、カケルさんは聞いたことがありますか？ 」

カケル「極性…なんとなく聞いたことはあるような…電気的な偏りがあるみたいな感じですか？」

テイス「その通りです。極性とは、分子内で電荷の偏りがある状態を指します。水分子もエタノール分子も、分子内でプラスに帯電している部分とマイナスに帯電している部分があり、電気的な偏りがある。だから、極性分子と呼ばれます。この極性が、水とエタノールが互いに混ざり合う理由の一つなんですね。しかし、油は極性分子ではないため、水と混ざり合いません。油は、水と比べて電気的な偏りが小さい、もしくは全くない分子で構成されているからです。さて、ここで少し問題です。油とエタノールを混ぜたらどうなると思いますか？混ぜてみたことはありますか？」

カケル「えっと、油とエタノール…混ぜたことはないけど、なんか、混ざりそうじゃないですか？ 水よりは…」

テイス「その通り！ 実はエタノールは、水とも油ともある程度混ざり合う性質があるんです。これは、エタノールの分子構造が、水と油の分子構造の中間的な性質を持っているからです。このように、分子構造と性質の関係を考えることは、物質を理解する上で非常に重要な視点になります。では、ここで少し思考力を試す問題をやってみましょう。次の3つの液体を、極性の高い順に並べてみてください。水、エタノール、油です。」

カケル「えっと…、一番極性が高いのは水で、その次がエタノール、最後に油ですかね？ 油はほとんど極性がないから。」

テイス「素晴らしい！ よく理解できていますね。では最後に、今日の講義で学んだことを、カケルさんの言葉で簡単にまとめてみましょう。」

カケル「はい！ 水とエタノールは、見た目は似ているけど、分子の構造が違うから性質が違う。水は水素結合があるから沸点が高くて、極性も大きい。エタノールは水と油の中間みたいな性質を持っている。分子の構造を理解することが、物質の性質を理解する上で大切だってことがよくわかりました！」

テイス「完璧です！ カケルさん、今日は本当によく頑張りましたね。分子レベルで物質を理解しようとする姿勢は素晴らしいですし、何より、一つ一つの疑問を丁寧に解決していく姿勢が素晴らしいです。この調子で、理科の学習をさらに深めていきましょう。」