湿気がある空気が乾燥した空気よりも軽いと感じる科学的根拠を解説！

湿気を含む空気がなぜ軽いのか

湿気を含んだ空気が乾燥した空気よりも軽くなる主な理由は、空気中の水蒸気（分子量が軽い）が、主成分である窒素や酸素（分子量が重い）と置き換わるからです。

分子量とは、ある分子を構成する各原子の質量を合計したもので、それによってその物質の分子の全体的な重さが決まります。

以下のステップで、なぜ湿気の多い空気が軽いのかを詳しく説明します。

・1.1 概要： 空気は窒素と酸素が主成分で、湿った空気とは水蒸気を多く含んだ空気のこと。
・ 1.2 分子の重さ： 水蒸気（水分子）は窒素や酸素の分子に比べて軽い。

・ 1.3 分子の数量： 同じ体積の空気では、温度と圧力が同じであれば含まれる分子の数は一定です。

・ 1.4 質量の変化：水蒸気が空気中の窒素や酸素と置き換わることで、空気の質量が軽くなります（=湿った空気は軽くなる）。

地球上の大気は主に窒素（約78%）と酸素（約21%）で構成されており、これら二つの気体が空気の99%を占めます。この比率は、大体窒素が酸素の約4倍にあたります。残りの1%はアルゴン、二酸化炭素、水蒸気などの他のガスから成り立っています。

湿った空気とは、水蒸気の含有量が多い空気を指し、その水蒸気の量が多いほど「湿った」と表現されます。逆に、水蒸気が少ない場合は「乾燥した空気」と表現されます。

空気中の水蒸気の割合をパーセンテージで示すとそれが「湿度」と呼ばれます。したがって、「湿った空気」とは湿度が高い空気のことを意味します。

すべての物質は、微小な粒子である原子から成り立っており、これらの原子が結合して分子を形成します。

例えば、水蒸気は水素原子2つと酸素原子1つからなる水分子（H?O）で、窒素は窒素原子2つからなる窒素分子（N?）、酸素は酸素原子2つからなる酸素分子（O?）で構成されています。

それぞれの原子には一定の重さがあり、この重さを原子量と呼びます。水素原子の原子量は1、窒素原子の原子量は14、酸素原子の原子量は16です。これらの値から分子量を計算すると、水分子は18、窒素分子は28、酸素分子は32となります。

この計算により、水蒸気（水分子の分子量：18）が窒素（窒素分子の分子量：28）や酸素（酸素分子の分子量：32）よりも軽いことがわかります。また、物質の状態（固体、液体、気体）は、これらの原子や分子の結びつき方によって変わります。

温度、圧力、体積が同一の条件下での空気は、含まれる分子の総数が一定です。この事実は、空気の性質を理解する上で重要です。

たとえば、空気中に主に存在する窒素分子や酸素分子の状況を考えてみましょう。この状況に水蒸気が加わる場合、新たに加わった水分子は既存の空気の条件?温度、圧力、体積?を変えることなく、その空気内に収まります。

結果として、新たに加わった水分子が空気中に入ると、同じ数の他の分子が外に出ることにより、分子の総数は変わらないまま保たれます。

（この説明において図示される分子の数は実際よりも少なくされていますが、実際には空気中にはもっと多くの気体分子が存在しています）。

空気内に窒素分子と酸素分子があるとき、水分子が入ってくると、その空気内に存在する気体（水分子・窒素分子・酸素分子）の分子量は変化します。

水分子の分子量は18であり、これが空気中に加わると、より重い窒素分子（分子量28）や酸素分子（分子量32）が取り除かれます。この交換により、空気中の気体の総分子量が減少し、結果として空気の質量が軽くなります。

そして空気内の水分子が増えていくほど、もともと空気内に存在していた窒素分子や酸素分子が空気の外へと追い出されるため、その空気はどんどん軽くなっていきます。

（ただしその空気の温度によって、空気中に含むことができる水蒸気（水分子）の最大量というのは決まっています）

このように同じ温度・同じ圧力・同じ体積の空気であれば、乾いた空気（湿度の低い空気＝水蒸気を含んでいない空気）ほど重くなり、湿った空気（湿度の高い空気＝水蒸気を含んでいる空気）ほど軽くなる、というわけです。

以上が「乾いた空気よりも湿った空気の方が軽い理由をわかりやすく解説！」でした。

これまでの解説を総括すると以下のポイントが明らかになります。

・湿った空気が乾いた空気より軽い主な理由は、湿った空気を構成する水蒸気（分子量18）が、空気の主成分である窒素（分子量28）や酸素（分子量32）よりも分子量が軽いからです。このため、水蒸気がこれらの気体と置き換わると、空気全体の重さが軽くなります。

・具体的には、水分子の分子量は18、窒素分子の分子量は28、酸素分子の分子量は32であり、この中で水分子が最も軽量です。

・温度、圧力、体積が同一の条件下で、水蒸気を含まない乾燥した空気は重く、水蒸気を多く含む湿った空気は軽くなることが確認されます。

これらの点から、湿度の高い空気がどうして軽いのかの科学的根拠が理解できます。