何故、氷は水に浮くのでしょうか？

Question

ちなみに、ウイスキーの水割りで氷が沈むのはウイスキーの密度が水よりも小さいから。

水よりも氷の密度が小さいから氷は水に浮く・・・そんなことは知っていますし、水の特殊な性質については理解しているつもりです。

また、固体の密度が液体の密度よりも小さくなる物質は、タングステンなど他にもいくつかあることも知っています。

しかし、我々が生きていくうえで欠かせない水の特殊性には不思議な感じがします。

他の多くの物質と違って、何故、氷は水に浮くのでしょうか？

Georgia.Rain. · Accepted Answer

No.2です。失礼致しました。再度投稿します。

> 氷は水に浮くのでしょうか？
私はNHK「チコちゃんに叱られる」での説明がとても判り易かったです。動画配信は見つかりませんでしたが概要は下記を参照下さい。
https://www.kek.jp/ja/newsroom/2019/08/21/1219/

taunamlz · Answer

No.11です。

お礼ありがとうございます。
不明点が分かりました。

分子と分子が結びつく力というのは、くっつきやすい場所が決まっています。
磁石を例にすればわかりやすいでしょうか。
磁石のS極とN極がくっつくように、エネルギーが無いときは、分子同士はくっつきやすい場所にくっつくのです。

普通の物質はエネルギーが低いと、自然と密度が最大になる配列に並びます。
しかし、水の分子はエネルギーが低いときに、蜂の巣のような配列に並びます。
この形が、水分子同士がくっつきやすい形なのです。
これはU字の磁石がそれぞれのS極とN極同士くっつくことで、楕円形になるイメージです。

氷を温めて水にすると、分子が動き回ることで蜂の巣のような配列が崩れていきます。
U字磁石のSとNの間に、力づくでS極を入れるような形にしたりできるようなものです。

実際には水分子の隙間は1割ほどですから、蜂の巣やU字磁石ほどの隙間があるわけではありません。
しかし、そのたった1割の隙間があるせいで氷は水に浮かぶのです。

taunamlz · Answer

まずは普通の物体から。

物体を温めると、分子が振動します。
温度というのはエネルギーなので、エネルギーをもらった分子が振動します。
しかし、分子間に働く力があるため、振動しても動き回ることができません。
これが個体の状態です。

どんどん温度をあげていくと、分子間に働く力を超えるエネルギーを持った分子が出てきます。
高いエネルギーを持った分子は、分子間に働く力を振り切って動くことができるようになります。
この状態が液体です。

更に温度を挙げていくと、すべての分子が分子間に働く力を振り切って動くようになります。
この状態が気体です。

分子が振動すると、分子と分子の間に隙間ができるので、その隙間の分体積が増えていきます。
これが、温度が高くなると体積が増えるという現象です。
そして、絶対零度というのは、すべての分子の振動が止まってしまう温度のことです。
分子が球体や立方体ならば、絶対零度ですべての分子が停止した状態が一番体積が小さくなるというのはイメージできると思います。

では水はどうなっているかです。
実は水の分子は個体のときに隙間を作って結合します。
そして、液体の水になると分子間に働く力を振り切って動く分子があるので、水分子の隙間に水分子が入ることができる様になります。
そのため、個体より液体の方が体積が小さくなります。

春閑 · Answer

H2Oは、への字型をしています。Oの下にHがふたつ足のように結合しています。そしてＯはHの8倍の分子量を持っています。
それでOはHより多くの電子を引き寄せます。その結果H2Oの中では、Oがマイナスの電荷、Hがプラスの電荷を持つことになります。

液体としてのH2Oはへの字型の分子がグシャグシャに寄せ集まった形で入り乱れていますが、4度以下になると、より緊密に寄せ集まろうと接近し始め、その結果、電荷が逆の分子同士のOとHが引き寄せられ、分子と分子の間は却って隙間が大きくなってしまうという現象が起きます。
0度以下になると、分子と分子が完全に整然と結晶化されて氷になる結果、隙間も最大になります。

つまりH2Oの密度は、4度以上の水の密度が最も高く、次いで0～4度の水、そして0度以下の氷の密度が最も低くなる。そういう現象が起こるわけです。

それで0度以下の氷が水の上に浮き、その氷層の下には0～4度の水、その下に
4度以上の水がある。ということになります。

それで、海洋生物も氷の下の4度以上の海水の中で生き延びられ続けるわけです。海は我々人類の祖先が誕生した場所でもあります。それもこのようなH2Oの特殊性のお陰ということになります。

xxi-chanxx · Answer

製氷の時に空気が混ざるからでは？
オンザロックもウイスキーを氷が被る以上大量に注げば氷は浮きますよ。
氷より少ない水に氷は浮かないです。

stomachman · Answer

> 我々が生きていくうえで欠かせない水の特殊性には不思議な感じ

ホントに不思議ですよね。

水分子はH-O-Hが直線上に並んでいないので、分極している。分極しているからこそ、イロンナものをよく溶かす溶媒になる、緩やかな分子間結合を作るなど、様々な（「特殊性」と仰るような）面白い性質を備える。
　ところで「宇宙に大量に存在する分子は何だろうか」と尋ねてみる。まず鉄よりも原子番号が大きい元素は、普通の恒星の内部で核融合では生成しないので希少ですから、候補から外れる。（最も豊富にある元素である）水素を含む分子であって、原子番号が26以下の元素の原子がせいぜい1個入っている、そういう分子であるに違いない。当然、第1候補は水素H2ですね。ほかには水H2O、メタンCH4、シランSiH4などが考えられる。でも、それらの中で「分極している分子は？」というと、もう水に限定されるんじゃないでしょうか。

以上を踏まえて、「そういう特殊な性質を持つ水がある所だからこそ、生命が発生し、ヒトが現れたのだ。だから、現実にヒトが居るということこそが、水が特殊な性質を持つ理由だ」というのが"人間原理"という考え方による説明です。

が、なんか騙されたような気がしてならんですな。

けこい · Answer

片方か両方が液体や気体であれば、比重が重い方が下に来るのは当然です
従ってなぜこの質問が出たのか、その思いが理解不能ですね
何を言いたいのか分かりません
同じ水であっても温度が違えば冷たい水の方が下に来る

joypeet · Answer

浮きたいから浮くんですよね
人が水があると泳ぎたくなるように
無いと浮きませんから

Georgia.Rain. · Answer

いえ。それは水「固有」の性質ではありません。「固体 体積 増える 水以外」で検索してみて下さい。

daaa- · Answer

https://www.kodomonokagaku.com/read/hatena/5042/

何故、氷は水に浮くのでしょうか？

No.2です。

No.11です。

まずは普通の物体から。

H2Oは、への字型をしています。

製氷の時に空気が混ざるからでは？

> 我々が生きていくうえで欠かせない水の特殊性には不思議な感じ

片方か両方が液体や気体であれば、比重が重い方が下に来るのは当然です

浮きたいから浮くんですよね

いえ。

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