なぜ山頂でカップラーメンは美味しく作れないのか？水の沸点と気圧の関係

沸騰の正体を知っているか？

コップの中で泡を立てて沸騰する水。この現象、実は「水が熱くなったから泡が出る」だけでは済まされない。

蒸気の泡は液体の深い部分に生じ、そこから液面に向かって浮かび上がる。これは、水の内部で水蒸気が発生し、その圧力が液体の外側からの圧力に打ち勝ったことを意味している。

つまり、沸騰とは「気体の泡が液体を押しのけて出てくる」ことなのだ。そしてこの押しのける力に最も影響を与えるのが、「大気圧」である。

普段意識することはないが、私たちの頭上には地球の空気が何十キロメートルにもわたって広がっている。この空気の重さが、大気圧である。

海面では通常、大気圧は760 mmHg（ミリメートル水銀柱）である。これは、水銀柱が760ミリの高さまで押し上げられるほどの圧力があるという意味だ（ちなみに、水銀は密度が高いためにこの単位が用いられている）。

この状態では、水は100 ℃で沸騰する。なぜなら、100 ℃になってようやく蒸気圧が760 mmHgに達し、気泡が外に出ることができるからだ。

驚くべきことに、標高が上がると水の沸点は下がる。たとえば、標高14,500フィート（約4,420メートル）では大気圧はわずか445 mmHgしかないため、水は85 ℃で沸騰してしまう。

さらに、世界最高峰エベレスト（29,500フィート＝約8,990メートル）では、大気圧は極端に低下し、水の沸点は71 ℃にまで下がる。これではインスタントラーメンもまともに作れない。

豆知識①：宇宙空間では気圧がゼロなので、水は常温でも沸騰してしまう。そしてすぐに凍る。つまり、宇宙では水は“沸騰しながら凍る”という奇妙な現象が起こる。

同じ水でも、場所によって沸点が変わる。それだけでなく、物質ごとにそもそも沸点は異なる。

その理由は、物質を構成する分子やイオンの構造に基づく引力の強さにある。たとえば、ナトリウムは1413 ℃という高温でなければ沸騰しない。これは、ナトリウム原子同士の結びつきが非常に強固だからである。

逆に、分子間引力が弱い物質はすぐに気体になる。酸素は−183 ℃で沸騰し、ジメチルエーテル（CH₃OCH₃）は−25 ℃で沸騰する。

豆知識②：液体窒素は−196 ℃で沸騰する。つまり、常温のコップに入れるとすぐに沸騰するが、それは「熱いから」ではなく「周囲が温かすぎるから」だ。

物質は冷やすと気体から液体に戻る。このときにも、分子間の引力が重要な役割を果たす。

冷却によって分子の運動が抑制されると、引力が勝って粒子を引き寄せるようになる。これが「凝縮」である。

豆知識③：雲や霧は、水蒸気が空中のチリや塵に引き寄せられて凝縮し、液滴になったものである。つまり、私たちは微小な水の粒に囲まれて空を見上げているのだ。

沸騰という日常の中の現象には、分子構造、引力、気圧という壮大な物理法則が詰まっている。

山でお湯が早く沸く理由、科学実験で使われる液体の違い、宇宙空間の過酷さ──すべては「沸点」という概念から理解が始まる。

だからこそ、今コップで沸騰しているその泡が、地球上の気圧と分子の力を物語っていることを忘れてはならない。沸騰とは、目に見える小さな宇宙現象である。