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水の不思議
- kibou7kateikyoushi
- 2月20日
- 読了時間: 4分
きれいに咲いた梅の花も，強烈な寒波がきた時には雪をかぶっていました。雪の白に梅の色が映えて美しいのですが，花びらが凍りそう❄️ そんなときは川面も凍る寒さ。こんなに
水も冷たかったら，魚たちはどうしているのだろう，と思ってしまいます。
海や川・湖の底は凍っているのでしょうか？
でも，凍った魚の話は聞いたことがありませんね。
そこで，水の不思議，見ていきましょう (^^)/
❄️氷は水に浮かぶ
「当たり前だよ～」と思うでしょうが，ちょっと考えてみてくださいね。
冷たい水は下に沈み，温まった水は上に行く。これはお風呂でも体験しますね。
では，水に浮かぶ氷は，水より温度が高い！? そんははずはありません💦
水は，温度が上がると体積はだんだん大きくなっていきます。
湯沸かしポットの１リットルの線までお水を入れて沸かすと，沸いた後は１リットルよりも多くなっていますね。
また，水は，凍ると体積が大きくなります。製氷皿に水を張って冷凍庫に入れておくと氷ができますが，その
表面は盛り上がっています。
ペットボトルいっぱいに水を入れて凍らせたら，ペットボトルが
膨らんでパンパンになっていた……なんて経験ありませんか？
「質量が変わらないで体積が大きくなる」 ＝「 密度が小さくなる」です。
氷は水に浮かぶ。それは，（氷の密度）＜（水の密度）だからです。
つまり，同じ体積で比べたときに，水よりも氷の方が軽いからです。
ですから，水面に氷が張っていても，その下には 氷より密度の大きい水（０℃より温かい水）があるので，湖などの底は凍っていないのです。
❄️なぜ（氷の密度）＜（水の密度）となるのか
多くの物質の密度は
（固体）＞（液体）＞（気体）
です。固体の状態から温度を上げていくと，体積は大きくなっていきます。
したがって，密度が 固体（氷）＜ 液体（水） となる水は，特殊なのです。
なぜなのでしょう？
……その理由は，水分子の形にあります（下図）。
左図は，水の状態。水分子はバラバラで自由に動きます。
右図は，氷の状態。水分子は互いに固定されて，水分子どうしの間隔（隙間）が，水の状態
よりも大きくなるので，体積が大きくなります（密度が小さくなります）。
❄️密度の一番大きい水
水は，温まると体積が大きくなり，凍っても体積が大きくなる（密度が小さくなる）。
では，体積が一番小さい（密度が一番大きい）のはどこなのでしょうか？
つまり，同じ体積で比べたときに，一番重い水は何度の水なのでしょうか？
普通ならば，氷が解ける温度 ０℃ の時に体積が最小になると考えますが，そうではないんです。それはなぜか？
氷を温めていくと溶けて水になりますが，まだ ０℃ に近い温度では，水分子のすべてが
バラバラになっているわけではなく，隣接する水分子どうしで水素結合を作っているものが，ごく一部ですが残っています。
このかたまりが水中のあちこちで発生しては壊れ，だんだんと減っていきます。それによって，体積が小さくなります（密度が大きくなります）。
さらに温度が上昇すると，水分子は より活発に動き回るようになるので，分子間隔は
だんだん拡大し，水全体の体積が大きくなります（密度が小さくなります）。
この体積の減少・増加（密度の増加・減少）の変わり目が，４℃（厳密には3.98 ℃）という
温度になります。このため，この温度で水の体積は最小（密度は最大）となるのです。
気温の高い地域では，水温も全体が高いので，深いところほど温度は低いのですが，
北極や南極では水温が低いので（海水には塩が溶けているので，０℃ よりも低くなる），深いほど
温度が高くなります。
❄️ 一番身近な水が，一番不思議な性質を持っている。普通の物質ではありえないような
性質，知れば知るほど驚き，感動します。神様はなんて素晴らしいものを作ってくだ
さったのでしょう✨ 参考： 『チェック ＆ 演習 化学』数研出版，
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