水は4℃前後で密度が最も大きくなりますが、何故そうなるんでしょうか?

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A 回答 (3件)

 前回も回答しましたように、水は特殊な水素結合(極性分子が静電気的な力で引き合う。

他分子のHとOで働く)があります。液体では、水分子は、この水素結合による分子間の引力と分子の熱運動(温度によって変化:高>低)の離れる力とが働いているのです。熱運動は蒸気圧として観測され、蒸気圧=外圧となったところが沸点です。高温ほど熱運動が大きいので、密度が低下して(体積膨張)いきます。
 ところが、融点(凝固点)に近い水では、分子レベルではすでに氷の骨格ができていると考えられています。この骨組みの隙間へ入り込む分子の割合が一番高くなる時が約4℃。これより、高温は骨格みの崩れが多くなる。これより、低温では骨格みを構成する分子の量が多くなる。で、分子レベルではほとんどが結晶骨格ができている過冷却状態から一時に結晶する→氷となる。
 というモデルが今は一般的です。
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この回答へのお礼

なるほど、そういうわけだったんですね。dragon-2さん、度々ありがとうございました。

みなさんのお陰で、疑問が解けました。これから水を見る目が変わっちゃいそうです。

お礼日時:2001/02/23 22:10

分りません。

というより解明できていないというのが本当のところです。
参考URLのような研究はあるようです。

参考URL:http://www.nirim.go.jp/nirim/results/mukizainow/ …
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この回答へのお礼

こんなに身近にある水なのに、解明できてないだなんて!
なんて奥が深いんでしょう。
低密度と高密度の水ですか。ふーむ・・・。なんとなくわかったような・・・。
どうもありがとうございました。

お礼日時:2001/02/23 14:24

 えとですね。

このことは2つの概念を知れば簡単です。

 氷は水よりも体積が大きいですよね。
 これは、水がただ乱雑にバラバラと箱の中に水分子を入れただけの状態になっているのに対し、氷は結晶化しているので、結晶するときにできる隙間の分だけ、水が大きくなるのです。
 これが1つ目。

 もう1つは、物質はすべて、温度が高いほうがより膨らみますよね。水だって同じです。温度が高ければより大きくなります。わずかですがね。

 で、逆に言えば、水だって冷やせば冷やすほど体積はどんどん小さくなっていきます。
 ところが、水は冷やしすぎて氷になると逆に体積が増えてしまいます。この「結晶化」は、だいたい4度未満になると起こり始めます。

 水は冷やしていくとどんどん体積が小さくなる(密度が高くなる)かたわら、凍ると体積が増える(密度が高くなる)わけですから、「結晶化が始まらないギリギリの温度」のときが一番体積が小さいと言えるのです。
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この回答へのお礼

ということは1~3℃の水も結晶化しつつあるということですね。ありがとうございます。

お礼日時:2001/02/23 14:17

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