氷の体積

水が氷になると何故体積が増えるのでしょうか？
普通　固体から液体　液体から気体へと　温度が上昇すれば密度が小さくなり体積が増えると思うのですが。

No.3 回答者： Tacosan 回答日時： 2007/09/03 20:20

まあ, あまり #1 や #2 に加えることもないんだけど....

N-H, O-H, F-H などの結合では, H が「わずかに電気的に+」, N, O, F が「わずかに電気的に-」となります. すると, ある水分子の H は別の水分子の O に電気的に「ちょっと」引っ張られることになります. これが「水素結合」です. 同様に, アンモニア NH3 やフッ化水素 HF でも水素結合がみられ, それぞれ同族の PH3 や HCl よりも融点・沸点が高くなっています. H2O も同族の H2S より沸点が高いですね.
水は特徴的で, 氷になると #1 でいわれるように「ある水分子の O のまわりに 4個の H がつながる」形をとります (2個は普通の共有結合, 2個は水素結合). この O-H…O のネットワークがよく発達するため, 氷になったときに全体としてダイヤモンド「っぽい」形の結合をします (実際にはダイヤモンドじゃないって話だけどこの際省略). 分子模型を組んでもらうとわかりやすいんだけど, 氷における水分子が作る格子やダイヤモンド格子ってのはかなり隙間があります.
で, 氷が溶けると水素結合がちょこっと切れて, 水分子がゆるやかにですが位置を変えるようになります. そうすると, 氷の結晶のときにあった隙間にも水分子が入ることができるようになり, 「同じ分子数での体積」が小さくなります. そのため, 「氷が水になると体積が小さくなり密度があがる」ことになります.
なお, これは 1気圧での話であって, もっと圧力を掛けるとまた違うことになります.
ちなみに Si (固体がダイヤモンド格子) も同じように「固体になると密度がさがる」という性質を持ちます. あっちは 1400度とかの高温だけど. あと, 高校ではまず出てこないけど Ga (Al の 1つ下) も同様の性質を示します. こいつは融点が 30度くらいなので, 人の体温で溶けてしまいます.

No.2 回答者： prop_and_jet 回答日時： 2007/09/01 03:23

いつだったか、高校かな？

科学か化学の授業で、

水は、凝固する時（氷る時）、水の分子H2Oがキレイ並んで配列してしまうために、液体の時以上の体積になってしまう。とかいうのを習いましたね。

習った時に、なるほど～とか思って、それ以上調べたり研究したりは残念ながらしていませんが。


（http://www.chemistryquestion.jp/situmon/shitumon …）
（http://www.chemistryquestion.jp/situmon/shitumon …）
（http://www.ngk.co.jp/site/no40/content.htm）


（ちょっと調べてみました。というか検索で。）
（http://search.yahoo.co.jp/search?p=%BF%E5+%C9%B9 …）

検索ワードを変えたりしてみると、もっと良いものも出てくるかもしれませんね。
または、
今週末にでも。高校の科学か化学の先生等専門家から回答が来ると良いですね。

No.1 回答者： swisszh00 回答日時： 2007/09/01 01:34

(1) Mizu Bunshi (H2O) ha hijou ni koto natta

Seisitsu (property) o motte ite, hijou ni
taisetsu (important) na mono desu ne. Gozonji no you ni, H2O Bunshi ha bunshi-ryo ga 18 to chiisai monn desu ga Suiyo-ketsugo
(Hydrogen bond) de tsuujo(Ekitai) ha heikin
3.4 keugo(bond) siteite, sono yue ni Boiling
point (Futten) ga 100C ( 1-kiatsu) nimo nari
masu.
(2) Mizu no hiju ha 1.000g/cm3(4C), 0.998g/cm3(0C) Ice(Koori) ha 0.9167g/cm3(0C)
de O C no Eitai mo Taiseki(volume) ga fuemasu. Muron Koori(Ice) ni naru to sara ni
Taiseki(volume) ga fue masu (Karuku naru)
(3) Naze(Reason) ha tsuujou, H2O bunshi-kan
no Hydrogen-bond(Suiso-Ketsugo) ga kawaru
to kangae rarete imasu. Mizu no Bunshi(H2O)
ga Ice ni naru to Suiso-Ketsugo (H-kakyo)
ga Bunshi-kan de Volume(Taiseki) ga fueru
you ni narabu (Kikagaku-teki ni) to kangae
rarete imasu. Suiso-Ketsugo ga sukoshi fuete
3.4 (Ekitai) kara 4 (Koori) iru to kangaete
ii desu. Desukara Bunshi(H2O) no seiretsu ga
Ice(Koori) to Mizu(Ekitai) deha sukoshi chigau no desu.
(4) Suiso-Ketsugo (Hydrogen-bridge) ha O-H
gurupu(group) to tano O-H to ga O-H..O-H mi
natte H-O-H..O-H..O-H..O-H no you ni hasi-kake ni narimasu. Chokusen deha arimasen.
(5) Mizu ha hijou ni kawatta busshitsu desu
(6) Koori demo Ondo(T) to Atsuryoku(P)
nado de 10 ijo no chigau Kessho ga arimasu.