水は地球上で最も身近な化合物であり、化学式はH₂Oと表されます。
化学の学習において、化学式・構造式・電子式・分子量（式量）の正確な理解は、試験対策の基礎として欠かせません。
また、組成式・示性式・折れ線型の分子構造・極性分子であること・水素結合の特徴も、しっかり押さえておきたい重要ポイントです。
さらに、異常に高い沸点・表面張力・比熱・優れた溶媒としての性質なども、試験で問われることがあるテーマのひとつ。
この記事では、水に関する基礎知識を、わかりやすく丁寧に解説していきます。
水の化学式はH₂O！組成式・分子量の基本まとめ
それではまず、水の化学式・組成式・分子量について解説していきます。
水の化学式はH₂Oです。
水素原子（H）2個と酸素原子（O）1個からなる共有結合の化合物であり、常温では無色・無臭の液体として存在します。
組成式も化学式と同様にH₂Oと書くのが一般的です。
示性式についても、H₂Oは特定の官能基を強調する必要がないため、通常は化学式と同じH₂Oとして表記されます。
分子内の結合を詳しく示すには、構造式や電子式を用いるのが適切でしょう。
分子量（式量）の計算方法
水の分子量を計算してみましょう。
各元素の原子量は、H＝1、O＝16を使用します。
H：1×2＝2
O：16×1＝16
合計：2＋16＝18
したがって、水の分子量は18となります。
分子量18という値は気体の計算・溶液の計算・熱化学など様々な場面で使う最重要な値のひとつです。
「H₂O＝分子量18」は化学の基礎として反射的に答えられるレベルで覚えておきましょう。
覚え方のコツ
H₂Oの分子量18は「H×2（2）＋O（16）＝18」として素早く導けます。
CO₂（44）＝H₂O（18）×2＋CO（28）のような関係式でも確認できるため、他の分子量との整合性チェックに活用できるでしょう。
基本的な物理的性質
水は常温・常圧で無色・透明の液体です。
沸点は100℃・融点は0℃（1気圧）であり、これらの値は同族の化合物（H₂S・H₂Se・H₂Teなど）と比べて異常に高い点が特徴的です。
密度は液体で約1.00 g/mL・固体（氷）で約0.92 g/mLであり、固体よりも液体のほうが密度が大きいという特異な性質を持っています。
水の電子式・構造式・折れ線型の分子構造
続いては、水の電子式・構造式・折れ線型の分子構造について確認していきましょう。
電子式の書き方
水の電子式では、O原子を中心に2つのH原子が共有結合した構造と、O原子上の非共有電子対を点で表します。
O原子：非共有電子対2組・共有電子対2組（合計8電子でオクテット則満足）
H原子：共有電子対1組（合計2電子でデュエット則満足）
O原子の非共有電子対が2組存在することが、水の折れ線型構造と極性の根源となっています。
電子式を書く際は非共有電子対を忘れずに書くことが最重要ポイントです。
構造式の書き方
水の構造式は以下のように表されます。
2つのO−H単結合で構成されたシンプルな構造式ですが、実際の分子の形は直線ではなく折れ線型です。
折れ線型の分子構造と結合角
水の分子の形は折れ線型（V字型）です。
O原子の周りには2つのO−H結合と2組の非共有電子対があり、VSEPR理論によって折れ線型の構造が決まります。
H−O−Hの結合角は約104.5°であり、正四面体角（109.5°）より小さい値です。
| 分子 | 形 | 結合角 | 極性 |
|---|---|---|---|
| H₂O | 折れ線型 | 約104.5° | 極性分子 |
| CO₂ | 直線型 | 180° | 無極性分子 |
| SO₂ | 折れ線型 | 約119° | 極性分子 |
| NH₃ | 三角錐型 | 約107° | 極性分子 |
結合角が109.5°より小さい理由は、非共有電子対が結合電子対よりも強い反発力を持つためであり、非共有電子対が結合を内側に押し縮める形になるためです。
水の極性・水素結合・異常な物理的性質
続いては、水の極性・水素結合・それによって生じる異常な物理的性質について確認していきましょう。
極性分子としての特徴
水は折れ線型の構造を持つため、極性分子です。
O原子はH原子より電気陰性度が大きいため、O−H結合には電荷の偏りが生じており、O側が部分的に負（δ−）、H側が部分的に正（δ＋）となります。
折れ線型構造では2つのO−H結合の双極子モーメントが打ち消されずに合成されるため、分子全体として大きな双極子モーメントを持ちます。
水素結合の仕組み
水分子の極性により、隣接する水分子間に水素結合が形成されます。
一方の水分子のOのδ−と、別の水分子のHのδ＋が静電的に引き合う
O−H・・・O（・・・が水素結合を示す）
水素結合のエネルギー：約20 kJ/mol（共有結合の約1/20程度）
水素結合は共有結合よりもずっと弱いですが、ファンデルワールス力よりは強い分子間力です。
水分子1個は最大4本の水素結合を形成できるため、液体の水は水素結合による三次元的なネットワーク構造を形成しているのです。
異常に高い沸点の理由
水（H₂O）の沸点は100℃（1気圧）ですが、同族のH₂S（沸点−61℃）・H₂Se（沸点−41℃）・H₂Te（沸点−2℃）の沸点の傾向から予測すると、H₂Oの沸点は約−80℃程度になるはずです。
実際の沸点（100℃）が予測値よりも約180℃も高い理由が、水素結合による分子間の強い引力にあります。
蒸発するためには水素結合を切り離すエネルギーが必要なため、より多くのエネルギーが必要となり沸点が異常に高くなるのです。
・沸点（100℃）が同族化合物より異常に高い
・比熱（4.2 J/g・K）が非常に大きい→温まりにくく冷めにくい
・表面張力が液体の中で非常に大きい→水面に膜が張ったように見える
・融解熱・蒸発熱が大きい→状態変化に多くのエネルギーが必要
・氷の密度（0.92 g/mL）が液体の水（1.00 g/mL）より小さい→氷が水に浮く
水の溶媒としての性質・表面張力・比熱
続いては、水の優れた溶媒としての性質・表面張力・比熱について確認していきましょう。
溶媒としての性質
水は「万能溶媒」とも呼ばれるほど多くの物質を溶かす優れた溶媒です。
水が多くの物質を溶かせる理由は、極性分子としての性質にあります。
イオン結晶（NaCl・KOHなど）を溶かす際は、水分子の極性によってイオンが水和されて安定化するためです。
Na⁺はO側（δ−）の水分子に囲まれて水和
Cl⁻はH側（δ＋）の水分子に囲まれて水和
一方、油脂などの無極性分子は水に溶けにくいという「似たものは似たものを溶かす」という原則（like dissolves like）も重要です。
表面張力
水の表面張力は液体の中で非常に大きな値（25℃で約72 mN/m）を示します。
これは水分子が水素結合によって強く引き合っているため、表面の分子が内側に引き込まれる力が大きいためです。
水面に置いたコインや虫（アメンボ）が水面に浮くように見える現象・水がコップのふちより少し盛り上がっても溢れない現象も、表面張力によるものでしょう。
比熱の大きさ
水の比熱は4.2 J/（g・K）と液体の中で非常に大きな値です。
比熱が大きいということは、温度を1℃上げるために多くのエネルギーが必要であり、逆に冷めにくいことを意味します。
海が陸地に比べて温度変化が緩やかである（海洋性気候）理由のひとつが水の大きな比熱であり、地球の気候の安定化に水が大きな役割を果たしているのです。
まとめ
この記事では、水の化学式・組成式・分子量を中心に、電子式・構造式・折れ線型の分子構造（結合角104.5°）・極性分子の理由・水素結合の仕組み・異常に高い沸点・表面張力・比熱・溶媒としての性質まで幅広く解説しました。
化学式H₂O、分子量18、折れ線型・極性分子・結合角104.5°という基本データを確実に押さえておきましょう。
水の異常な物理的性質（高沸点・大比熱・大表面張力・氷が水に浮く）がすべて水素結合に由来することと、CO₂（直線型・無極性）との対比は試験頻出のテーマです。
溶媒としての水和の仕組み・「似たものは似たものを溶かす」原則も含めて、水の化学を幅広く理解しておくことが得点アップへの近道でしょう。
