水は、液体の状態よりも凍った状態の氷の方が密度が低くなります。これは、氷の分子が液体の水の分子よりも離れているためです。氷中の分子は、酸素原子と水素原子の間の水素結合によってさらに離れた状態に保たれています。
巨大な氷山から小さな立方体まで、氷 (水が凍った形) は常に液体の形で浮いています。変じゃないですか?
それが異常だと思うのは私たちだけではありません。固体が液体の形で浮くというのは、世界全体が驚くべきことだと思っています。 Google で簡単に検索すると、この奇妙な氷の傾向について論じているページが多数見つかります。
結局のところ、他のすべてと同様に、この現象の背後には科学的な理由があります。しかし、最初に、物が沈んだり浮いたりする原因を明確にしましょう。
物体が水 (または他の液体) に浮く能力に関して言えば、問題の物体の密度に関する特異な経験則があります。アルキメデスの原理について聞いたことがありますか?
アルキメデスの原理 物体が水に浮くには、同じ量の水を押しのける必要があると述べています。つまり、水域内の物体の運命はアルキメデスの原理によって決まると言えます。
固体のオブジェクトが液体のオブジェクトよりも密度が高いことはよく知られています。化学的にも、これは理にかなっています。分子は、固体内で明確に定義された方法で互いにより密接に結合しているため、分子が硬くなり、重量が増します。私たちが日常生活で見たり観察したりするすべての一般的な物質は、次の基本原則に従っています。固体の物体は液体よりも密度が高く、重量があります。
では、固体である氷はなぜ水に浮くのでしょうか。固体として沈下し、一般的な慣習に従って、密度も高くするべきではないでしょうか?
水に関するちょっとした情報
水は素晴らしい液体であり、異常な挙動と化学構造に満ちています。そのため、液体の上に浮いている固体の一般的な挙動に対して興味深い例外を示しています。
液体を冷却し続けると、その密度は固体になるまで増加し続け、そこで最大密度に達します。ただし、水の場合、この傾向はわずかに異なり、これがこの議論全体の根本的な原因です。
冷やし続けると水の密度が上がります。しかし、凍結すると密度が最大になる他の液体とは対照的に、水は温度が摂氏 4 度 (華氏 39.2 度) に達すると密度が最大になります。
温度の変化による密度の変化を示すグラフ
摂氏 4 度を超えて水を冷やし続けると、密度が急激に低下し始めます (これはグラフで確認できます)。 0度、つまり水が氷に変わる温度では、水の密度は実際にはかなり低い.
氷は水よりも密度が低く、それが保持されている液体 (この場合は水) よりも密度が低い物体はすべて浮くことができます!
では、なぜ氷の密度は水よりも小さいのでしょうか?
それに答えるには、水の化学構造を調べる必要があります。
水分子は 2 つの水素原子と 1 つの酸素原子でできています
負に帯電した酸素原子は水素原子と強く結合し、強力な水素結合を形成します。
液体が冷却されると、ますます多くの分子が互いに接近し、より小さな領域に収容する必要があります。これにより、ほとんどの固体は液体よりも密度が高くなります。ただし、水の場合、負に帯電した酸素原子は互いに反発し合い (より小さな空間に集まった場合)、氷がそれ以上密度が高くなるのを防ぎます。これが、気温が摂氏 4 度を下回り続けると実際に密度が低下する理由です。
