■anond:20250213154301

油の密度が水より小さい理由を理解するためには、密度 = 質量 / 体積 という基本式に立ち返る必要があります。

1. 分子量と密度は直接関係しない*

密度は「一定体積あたりの質量」であり、単純に分子量だけで決まるものではありません。分子がどのように詰まっているか（分子間力や構造）も大きな影響を与えます。

たとえば、水（H₂O）は分子量が18と軽いですが、水素結合による強い分子間引力のために分子が密に詰まるため、意外と密度が高くなります。一方で、油（炭化水素）は分子量が大きくても、分子間の相互作用が弱く、分子が比較的広がっているため、密度が低くなります。

2. 水の分子構造と密度の関係*

水は極性分子であり、水素結合（H₂O分子同士が引き合う力）が強く働きます。このため、液体の状態でも分子同士が比較的近づいて詰まっています。その結果、水は分子量が小さいわりに高い密度（1 g/cm³）を持ちます。

さらに、水は温度によって密度が変わりやすい特性を持っています。特に4℃で最大密度を持ち、それ以上または以下の温度では分子構造の影響で密度が低下します。

3. 油の分子構造と密度の関係*

一方で、油は主に炭化水素（CnH₂n+2）からなります。これは非極性分子であり、分子同士の相互作用は主にファンデルワールス力（分散力）によって支配されます。水素結合のような強い相互作用がないため、分子が水よりも緩やかに並び、密度が低くなります。

また、炭化水素は炭素-炭素結合（C-C）や炭素-水素結合（C-H）が多く、比較的軽い水素原子が多く含まれるため、体積あたりの質量が小さくなりやすいのです。特に、長鎖の炭化水素ほど分子が曲がったり枝分かれしたりして分子間の隙間ができるため、密度はさらに下がります。

4. 水と油の密度の比較*

• 水は水素結合によって分子が密に詰まるため、密度は 1.0 g/cm³ になる。
• 油（例えばオリーブオイルや灯油）は炭化水素で構成されており、分子間引力が弱く、水のように密に詰まらないため、密度は 0.8 ～ 0.9 g/cm³程度 になる。

5. なぜ油の分子量が大きいのに水より密度が低いのか？*

• 油は水よりも重い原子（炭素：12、酸素：16、水素：1）を多く含むが、分子の形状や分子間力の違いにより、水よりも分子の詰まり方が緩い。
• 水は小さな分子ながら強い水素結合によって分子同士が密に並び、結果として高密度になる。
• 油は分子量が大きくても、ファンデルワールス力しか働かないため分子同士の間に隙間ができやすく、密度が低くなる。

6. 氷（水の固体）が液体の水より密度が低い理由との類似性*

水は液体のときに分子が比較的密に詰まっているが、氷になると水素結合の影響で六角形の隙間のある構造をとり、密度が下がる（0.92 g/cm³）。油の密度が水より低いのも、これと似たように分子の並び方によって空間ができるからと考えると理解しやすい。

結論*

油の密度が水より小さいのは、単に分子量が小さいからではなく、分子間力の違いによって分子がどれだけ密に詰まるかが決定的な要因である。水は水素結合によって分子が強く引き寄せられ、密度が高くなるが、油はファンデルワールス力しかないため分子同士が緩く詰まり、結果として密度が低くなる。

この違いが、油が水に浮く根本的な理由となる。

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