化学理科

水と氷の不思議な関係性をその仕組みから理系大学院卒ライターがわかりやすく解説!

よぉ、桜木建二だ。水は地球上で最も得意な性質を持つ物性つの一つだ。その性質により、水と氷の関係性は不思議なものが生じている。今回は、その仕組みだけではなく、その他にも水と氷の不思議を紹介してもらおう。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

ライター/こーじ

元理系大学院卒。小さい頃から機械いじりが好きで、機械系を仕事にしたいと大学で工学部を専攻した。卒業後はメーカーで研究開発職に従事。物理が苦手な人に、答案の答えではわからないおもしろさを伝える。

水とは

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水は地球上に大量に存在している物質です。地球の表面積の70.8%は海でおおわれています。水は人間の体にも大量に含まれており、人間の体積における水の割合は60%です。新生児では80%以上が水分になります。

このように身近な存在である水ですが、実は特異な性質を有しているのです。では、次にその性質について見ていきましょう。

水の特異的な性質とは

水は他の物質にはあまり見られない多くの特徴的な性質をもっています。この水の特異な性質を3点見ていきましょう。

1つ目は、水は氷になると水に浮くことです。氷が浮くのは普通じゃないか、と思う方が多くいるかもしれません。一般的に物質は固体、液体、気体の順番で密度が薄くなります。そのため、同じ物質では固体は液体に沈むのです。つまり、水は一般的な考えとは異なる不思議な物質になります。

2つ目は水は分子量に対して沸点が高いことです。一般的に分子量が高くなるほど、沸点は上昇します。しかし水の分子量は18と相対的に少ないです。また、似たような水素と同じような構造をとる酸素族元素と水素化合物では最も分子量の小さい水は一番高い融点、沸点になっています。

3つ目は、水銀に次いで表面張力が大きいです。水銀は金属結合を有するがゆえに高い値を示します。しかしながら、その結合を持っていない水も相対的に高い値なのです。

このように水は誰もが知っていることから、化学的には真逆な事象まで有する不思議な物質になります。

実は身近にある水の現象は不思議なことだらけなんだ。普通の生活では気づかないことも多々あるだろう。では、身近な現象をいくつか紹介してもらおう。

水と氷の不思議

水は特異的な性質のために、さまざまな不思議な現象が起こっています。それは、科学的なことから身近な現象まで様々です。あなたはどんな現象が思いつきますか?

1.氷は水に浮く

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最初は、氷に水が浮くことです。氷山は海に浮いています。よく考えれば不思議だとは思いませんか?

なぜ、氷は水に浮くのでしょうか。それは氷のほうが水の密度よりも低いからです氷自体の浮力のほうが自重よりも大きくなります。以上のことから、氷は水に浮くのです。

では、なぜ氷は水よりも密度が高いのでしょうか。地球上のほとんどの物質は液体から固体に変わるとき密度が高くなるにも関わらずにです。氷が水に浮くというのは、地球上でも不思議な現象になります。

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