ポットや やかんを つかって いると、ないがわの そこや かべに、しろい ざらざらが つく ことが あります。「みずあか」と よばれる ものです。

みずあかは、すいどうの みずに とけて いた カルシウムや マグネシウムと いう ミネラルが、かたまって くっついた ものです［6］。

ミネラルは、みずに とけて いたはずです。とけて いる あいだは、めに みえません。それなのに、どうして おゆを わかすと かたまるのでしょう。

ヒントは、おゆを わかした とき、みずから でて いく ある きたいに あります。

ポットややかんを長く使っていると、内側の底や壁に白くてざらざらしたものが付いてきます。水あかと呼ばれるこの付着物は、水道水に含まれるカルシウムやマグネシウムなどのミネラルが固まったものです［6］。

ここで不思議なのは、ミネラルがもともと水に溶けていたことです。溶けているあいだは見えないのに、湯を沸かすと白い固体になって残ります。

「水が蒸発して、中身が残っただけ」と考えたくなります。家庭向けの説明でも、乾いて残ったものと書かれることが多いのですが［6］、それだけではありません。湯を沸かしている最中に水の中で起きる反応が関わっています。

しかも、同じものは大きなボイラーの内側にもできて、燃料のむだにまでつながります［9］。まず、ポットの中で起きる反応から調べましょう。

ポットの内側にできる白い付着物は、水道水に含まれるカルシウムやマグネシウムなどのミネラル成分が固まったものとされる［6］。家庭向けの解説では「乾いて残ったもの」と簡単に書かれることが多いが、それでは説明が足りない。ミネラルは水に溶けたイオンとして存在していたはずで、水が蒸発するだけなら、固体になる前に濃くなる過程が必要になる。

実際には、加熱中の水の内部で、溶けていた物質が気体を放出して固体に変わる反応が起きる。そのため、水が減る前から壁面に固体が現れうる。この反応が、本記事の中心になる。

同じ種類の付着物は、ボイラーの水側の伝熱面にも層をつくる［9］。家庭のポットは目に見える小さな例であり、大きな装置では、熱の伝わり方と燃料費に結びつく。では、溶けていた物質は、湯を沸かすと何を手放すのか。

みずに とけて いる カルシウムは、たんさんすいそ と いう ものと いっしょに とけて います［2］。

おゆを わかすと、みずの なかから にさんかたんそと いう きたいが、あわと なって でて いきます［4］。

きたいが ぬけると、カルシウムは みずに とけて いられなく なります。そして かたい いし、たんさんカルシウムに かわり、ポットの ないがわに のこります［4］。

サイダーを ぬるく すると、あわが ぬけて いきますね。すこし にて います。ただし ポットでは、とけて いた ものから きたいが うまれて でて いく ところが ちがいます。

この ような いしを つくる みずは、いっしょに とけて いる ミネラルの おおい ほうが、かたい みずと よばれます。ミネラルが すくない みずは、やわらかい みずです。

では、これと おなじ ことが、ほかの ところでも おきて いるのでしょうか。

水道水の中で、カルシウムは炭酸水素イオンと一緒に溶けています。このタイプの硬水は、煮沸すると炭酸塩になって沈殿し、取り除けます。そのため一時硬水と呼ばれます［2］。煮沸しても除けない硫酸イオンなどによる硬さは、永久硬水といいます［2］。

湯を沸かすと、水の中から二酸化炭素が気体になって出ていきます。すると、水の中の炭酸水素と炭酸の釣り合いが動いて、炭酸カルシウムが固体として沈殿する、と説明されています［4］。炭酸飲料を温めると泡が抜けていく様子に少し似ていますが、ポットの中では、溶けていた炭酸水素から二酸化炭素が生まれて出ていく点が違います。

「熱いと溶けにくくなるから固まる」と説明されることもあります。ところが、温度と溶けやすさの関係だけでは、この反応を説明できません。この記事では、二酸化炭素が水から出ていくことに注目して説明します［4］。

水の「硬さ」とは

水の硬さ（硬度）は、水に溶けているカルシウムとマグネシウムの量のことです。アメリカ地質調査所（USGS）は、炭酸カルシウムに換算して、1リットルあたり0〜60mgを軟水、61〜120mgを中程度の硬水、121〜180mgを硬水、180mgを超えると非常に硬い水と分けています［1］。

では、この白い石は、ポットの外でも生まれているのでしょうか。

水道水中のカルシウムは、炭酸水素イオンと共存して溶けている場合がある。この種の硬水は、煮沸すると炭酸塩として沈殿して除けるため、一時硬水と呼ばれる。煮沸で除けない硫酸イオンなどによる硬さは永久硬水である［2］。この反応では、炭酸水素カルシウムを固体として扱わず、水に溶けた状態で式に書く。

水を温めると、水に溶けていた二酸化炭素が気体として出ていく。その結果、炭酸水素と炭酸の釣り合いが動き、炭酸カルシウムが沈殿する［4］。反応は次の式で表される［3］。

Ca(HCO3)2（水溶液）→ CaCO3（固体）＋ CO2（気体）＋ H2O（液体）

この式は、出典では鍾乳石の説明の中で示されたものである。水あかへの当てはめは、二酸化炭素の放出が沈殿の引き金になるという説明［4］と合わせたものだ。

「熱いと溶けにくくなるから沈殿する」と単純に言いたくなるが、これは避ける。炭酸カルシウムや炭酸水素カルシウムは温水のほうが溶けやすいという記述もあり、温度と溶解度の関係だけでは説明がつかない［4］。そこで本記事は、二酸化炭素の放出が沈殿に関わる、という範囲で説明する。

水の硬度は、水に溶けているカルシウムとマグネシウムの量である。USGSの区分は、炭酸カルシウム換算で0〜60mg/Lが軟水、61〜120が中程度の硬水、121〜180が硬水、180超が非常な硬水である［1］。この硬度の高い水は水あかの原料の溶けた量が多いが、硬度の数字だけで水あかの量が決まるかどうかは、資料の範囲では言えない。

では、この反応は、ポットの外でも起きているのか。

どうくつの てんじょうから さがる しょうにゅうせきも、おもな せいぶんは、たんさんカルシウムです［5］。

ちかの みずには、いしの なかまの たんさんカルシウムが とけて います。その みずから にさんかたんそが くうきに でて いくと、とけて いられなく なって、かたまって いきます［5］。

ポットでは おゆを わかして、どうくつでは くうきに でて いきます。きっかけは ちがいますが、とけて いた いしが、きたいを てばなして かたまる ところは にて います。

ポットの ないがわの しろい ものを みたら、どうくつの ことを おもい だして みましょう。

ところで、ポットの いしは うすい ものです。おおきな ボイラーの なかに できると、どう こまるのでしょう。

鍾乳石は、地下水に溶けていた炭酸カルシウムが、二酸化炭素が空気中に出ることなどで過飽和になって沈殿し、方解石の結晶になったものです［5］。過飽和とは、水が溶かしておける量を超えてしまった状態のことです。

鍾乳石の説明に出てくる反応式は、炭酸水素カルシウムが炭酸カルシウムと水と二酸化炭素に分かれるというものです［3］。これは、先ほどポットの水あかについて説明した反応と同じ形です［4］。

ポットでは、加熱で二酸化炭素が出ていきます。洞窟では、地下水が空洞に出て、二酸化炭素が空気中に出ていきます。気体を手放すきっかけは違っても、溶けていた炭酸カルシウムが固体になる点は同じです。

つまり、やかんの内側の白い層は、主な成分では鍾乳石と同じ物質です。ただし、できる場所も、できる速さも違います。

この白い層は、ポットの中ではただの汚れで済みます。ところが、大量の湯をつくる装置では、薄い層でも困りごとになります。何が起きるのでしょうか。

鍾乳石の成因は、地下水に溶けていた炭酸カルシウムが、二酸化炭素ガスの空気中への放出などによって過飽和となり、沈殿して方解石の結晶になる、という説明である［5］。過飽和とは、溶解度を超えて溶けている状態を指す。

この過程は、前章の反応と同じ型をしている。鍾乳石の説明でも、炭酸水素カルシウムが炭酸カルシウム、水、二酸化炭素に分かれる式が示される［3］。ポットでは加熱が二酸化炭素を追い出し、洞窟では空気中への放出がそれを担う。引き金は異なるが、「気体が抜けて溶解の釣り合いが崩れ、炭酸カルシウムが固体になる」という流れは共通する。

したがって、ポットの水あかと鍾乳石は、化学式で見れば同じ炭酸カルシウムである。ただし、これは物質の同一性の話であり、結晶の形や成長の速さまで同じという意味ではない。

家庭では、この層は見た目と手入れの問題にとどまる。しかし、大量の水を沸かす装置では、同じ層が熱の伝わり方を変えてしまう。では、その層は何を困らせるのか。

ボイラーは、おゆを わかして じょうきを つくる おおきな きかいです。

この なかの みずが ふれる かべにも、しろい いしの そうが できる ことが あります。スケールと よばれます［9］。

この いしの そうは、ねつを つたえにくい せいしつが あります。はがねと くらべると、ねつを つたえる はたらきは、おおよそ 10ぶんの 1です［8］。

すると、ひの ねつが みずに つたわりにくく なります。おなじ おゆを つくるのに、よけいな ねんりょうが いります［9］。

アメリカの しりょうの ひょうでは、0.8ミリの そうで、ねんりょうが 2％ むだに なります。100の ねんりょうの うち、2が むだです。1.6ミリで 3.9％でした［8］。

ボイラーを つかう ひとは、そうの もとに なる ミネラルを まえに とりのぞいたり、なかの みずを いれかえたり して、いしが できないように して います［8］。

それでも できて しまった いしは、どうやって おとすのでしょう。

ボイラーの水側の伝熱面には、水に含まれるカルシウム・マグネシウム・シリカが連続した層をつくることがあります。これがスケールです［8］。スケールは熱を伝えにくい物質で、そのせいでボイラーの熱効率が下がり、エネルギーの損失や、過熱による伝熱面の損傷につながると説明されています［9］。

アメリカ合衆国エネルギー省（DOE）の資料は、スケールの熱伝導率が、むき出しの鋼より一桁小さいと示しています。さらに、煙管ボイラーでは、燃料の消費が最大5％増えうると述べています［8］。

同じ資料の表では、「通常」のスケールが1/32インチ（約0.8mm）あると燃料の損失が2.0％、1/16インチ（約1.6mm）だと3.9％です［8］。厚さが約2倍になると、損失もおよそ2倍（3.9÷2.0＝約1.95）です。

これは、アメリカの煙管ボイラーで、排熱の回収をしない条件の表です。日本のボイラーでの実測ではないので、数字は「この条件ではこうなる」という目安として読んでください。

防ぐ方法として、同じ資料は、軟水器・脱塩・逆浸透などで原因のミネラルを前もって取り除くこと、薬品を入れること、ブロー（ボイラーの中の水の入れ替え）を挙げています［8］。

それでも、家庭のポットにはすでに白い層ができています。これは、どうやって落とせるのでしょうか。

ボイラーの水側の伝熱面には、水中のカルシウム・マグネシウム・シリカが連続した層をつくる。これがスケールである［8］。熱伝導率が低いため、ボイラーの熱効率を下げてエネルギーの損失や耐久性の低下を招く。さらに、伝熱面が過熱して損傷する原因にもなるとされる［9］。

では、どれくらい燃料が失われるのか。DOEのSteam Tip Sheet #7によれば、スケールの熱伝導率は、むき出しの鋼より一桁小さい。煙管ボイラーでは燃料消費が最大5％増えうる［8］。同じ資料の表では、「通常」のスケールが1/32インチ（約0.8mm）で燃料損失が2.0％、1/16インチ（約1.6mm）で3.9％である（高圧用の、鉄・シリカを含むスケールでは、さらに大きい値が示される）［8］。

厚さが2倍になって損失が2.0％から3.9％になるので、損失は厚さにほぼ比例して約1.95倍に増える。燃料を毎月100単位使う設備なら、約0.8mmで2単位、約1.6mmで約3.9単位が余計に必要になる計算だ。ただし、この表は米国の煙管ボイラーを対象とし、排熱の回収をしない条件のものである。日本の現場での厚さと損失の実測は、ここでは扱えない。「1mmで1〜3％」といった数字を業者のサイトで見かけることがあるが、別の条件の値であり、混ぜて使うべきではない。

防ぎ方も同じ資料が整理している。原因のミネラルを前もって取り除く方法（軟水器・脱塩・逆浸透など）、薬品の注入、ブロー（缶水の入れ替え）である［8］。つまり、スケールは、できてから落とすより、できない水をつくるほうが先に考えられる。

とはいえ、家庭のポットには、すでに白い層ができている。それを落とす方法は、層の性質から導ける。

みずあかは、アルカリせいの よごれです。だから、さんせいの ものを ぶつけると、おちやすく なります［6］。

いえで つかう さんせいの ものに、クエンさんが あります。においが なくて、てに いれやすく、あつかいやすい と いわれます［7］。

クエンさんと みずあかが ぶつかると、おたがいの せいしつを けしあって、みずあかが とけて いきます［6］。

ポットの おていれの ときは、ポットの せつめいしょに かいて ある ほうほうに したがって、おうちの ひとと いっしょに しましょう。

ポットの水あかは、アルカリ性の汚れです。そのため、酸性のクエン酸で中和して溶かすことで落とせます［6］。

クエン酸は、においがなく手に入りやすく扱いやすいことから、家庭の掃除でよく使われます。加湿機の手入れを説明したメーカーのページでは、温水（40℃未満）のほうが効果が上がるとされています［7］。ただし、これは加湿機の手入れの説明なので、ポットでは、ポットの取扱説明書にある方法に従うのがよいでしょう。

水あかの炭酸カルシウムが、酸に溶けるのは、ここまでの流れから見ても自然です。水の中で溶けていたカルシウムが、湯を沸かして固体になった。酸を加えると、また溶けた状態に戻るからです。

では、この水あかを、自分の目で確かめるには、どうすればよいでしょうか。

ポットの水あかは、水道水中のカルシウム・マグネシウムなどのミネラルが固まった白い付着物で、アルカリ性である。そのため、酸性のクエン酸で中和して溶解させることができる［6］。クエン酸は無臭で入手しやすく、扱いやすい。加湿機の手入れ方法の説明では、温水（40℃未満）で効果が上がるとされる［7］。

酸を加えると、水あかの固体がふたたび溶ける。第2章で見た、溶けたカルシウムが固体になる流れとは逆向きだ。ただし、家庭向けの解説（［6］［7］）は「アルカリ性」「中和」までの簡略な説明であり、メーカー公式の説明そのものではない。ポットの掃除をするときは、各製品の取扱説明書の方法を優先する。

ここまでで、白い石の正体、できる条件、ボイラーでの影響、落とす方法がつながった。残るのは、読者が自分の家のポットで確かめられることだ。

おゆを わかした あと、ポットが ぜんぶ さめて から、ひかりの あたる ばしょで、ないがわを のぞいて みましょう。やけどに ちゅういして、かならず おうちの ひとと いっしょに みます。

しろい ざらざらは ありますか。そこの ほうに おおいでしょうか、かべにも ありますか。ゆびで さわると、ざらざらして います。

もし あれば、どうくつの しょうにゅうせきと おもな せいぶんが おなじ いしです。

ポットの せつめいしょに、「おていれ」の ほうほうが かいて あります。おうちの ひとと いっしょに よんで みましょう。

今日できること

お湯を沸かして、ポットがすっかり冷めたあとに、明るい場所で内側をのぞいてみます。やけどを避けるため、必ず冷めてから、家の人と一緒に行ってください。

白いざらざらがあるか、底だけか壁にもあるか、指で触るとどんな手ざわりかを確かめます。見つかったら、主成分が洞窟の鍾乳石と同じ炭酸カルシウムだと思い出してみましょう［5］。ポットの取扱説明書には、お手入れの方法が書かれているので、家の人と一緒に読んでみます。

さらに調べるなら

何日かポットを使ったあとに、冷めてから内側を観察し、使った回数と白いものの様子をノートに書いておきます。お湯を沸かす回数が多い週と少ない週で、見え方がどう違うかを比べてみましょう。

水の硬さは、地域の水道で違うことがあります。住んでいる地域の水道局が水質の情報を出していることがあるので、日本語で探せます。USGSの区分（0〜60mg/Lが軟水）は炭酸カルシウム換算の値なので、水道局の数字が同じ単位と基準かを確かめてから比べましょう［1］。ボイラーの数字の表は、参考資料［8］にあります。

家庭でできる観察

湯を沸かして完全に冷めたあと、ポットの内側の白い付着物を観察する。何日か使ったあとに観察し、使った回数と、白い付着物の位置、厚さ、手ざわりを記録する。冷める前にのぞくとやけどの危険があるため、必ず冷めてから、家の人と一緒に行う。

数字の読み方と原典

水の硬度は、USGSの区分を使うと、地域の水道水の値と比べられる［1］。硬度の数字だけで水あかの量が決まるかは、本記事の資料からは言えない。水道局の水質情報の数値を使うときは、USGSと同じ炭酸カルシウム換算の単位かを確かめてから区分と比べる。そのうえで、家のポットやヤカンの使用回数と水あかの様子の記録を、何日か分並べて見ることが、次の問いになる。

ボイラーの燃料損失の表は、DOE Steam Tip Sheet #7（英語）にある［8］。条件が米国の煙管ボイラー・排熱回収なしであることに注意して読む資料として、紹介しておく。

鍾乳石と水あかの共通点は、日本応用地質学会中国四国支部のFAQ（鍾乳石）と、Science Learning Hubの炭酸塩の解説で、原典を読み比べられる［5］［3］。