なぜ、水は個体（氷）になると体積が増えるのですか？子供に聞かれて答える

Question

なぜ、水は個体（氷）になると体積が増えるのですか？子供に聞かれて答える事ができません。誰か教えてください！

AsanoNagi · Accepted Answer

ごくおおざっぱに言えば、液体というのはおもちゃ箱に積み木をばらばらと放り込んだ状態です。
一方、固体というのは積み木をきちんと並べてしまった状態です。
たいていの積み木は、きちんと並べた方が小さな箱に収まります。
ただし、たとえば、枝が生えたような形の積み木（積み木か？）だとして、ばらばらなときにはどういう状態でもいいけど、並べるときには、ちゃんと、枝と枝をっくっつけて並べないといけないという決まりがあれば、そういう積み木に限っては、きちんと並べると、お互いに枝が突っ張る分、大きな箱が必要になります。
実は、水の分子というのはこういう珍しい特徴を持っています。

もう少し付け加えると、水の分子構造の関係で、液体の状態だと、単にばらばらというよりも、お互いにくっつこうとします。こういうわけで、液体の状態でも、ちょっと体積が減る傾向があります。

そんなわけで、水は凍ると体積が増えるわけです。

ORUKA1951 · Answer

★一般的に物質は固体になると体積がへる・・のではなく、温度が下がると体積が減少するというのが正しい理解でしょう。
　一般的に物質は、温度が下がるにつれて気体→液体→固体と変化します。(相変化)
　気体は物質を構成する粒子間に全く力が働かなく飛び回っている状態で、（粒子間に全く力が働かないので)粒子の性質には依存しないので、物質によらず同じ体積中に同じ個数含まれています。
　液体は粒子間に力が働き接していますから、それぞれの粒子の大きさに依存します。さらに温度が下がり固体になると、もはやその位置を動くことすらできなくなります。
　構成する粒子が熱運動で振動することで粒子間にはある程度の広がりがあり、温度が下がるほど体積は小さくなります。
　そのため、液体、固体を問わず温度が下がるほど体積は減少します。ろうそくのお尻がへこんでいることでそれはわかりますね。実際に透明なガラスコップに蝋をいれて湯煎で加熱すると、固体の蝋が底に沈んでいることで容易に観察できます。
　ところが氷と（ビスマスなどごく一部）だけは、結晶になるときに最密構造から外れて固定されるため、液体のときより体積が増大します。水分子が"く"の字に曲がり、かつ強く分極しているためで、歪んだ磁石を狭い箱に並べて入れようとすることをイメージするとよいでしょう。

tkok2100 · Answer

一般的に物質は固体になると体積が増えます。しかし、水だけは例外です。
それを説明するには、原子と分子について知っておく必要がありますが、お子さんに理解できるでしょうか？
水分子が０度になる直前の分子は密集しているのですが、固体になる時水分子における水素原子と、他の分子の酸素原子が擬似的に結合し、まるでダイアモンドの原子構造のような形のものをつくります。その構造は空間が多いため、冷たい液体の時よりも、固体の方が体積が増えるという訳です。

FEX2053 · Answer

何故と言われても困るのですが（苦笑）

水は「固体の方が一定の温度の液体より密度が低い」という非常に珍しい物質です。
http://homepage1.nifty.com/shincoo/m131kagaku1.html

原因は正確には分かってない（と思う）んですが・・・。

Willyt · Answer

この回答で子供を納得させられるようなものは無理ですよ。でも試してみます(^_-)

水から氷になるときには水は大量のエネルギーを放出します。これは分子が自由に動き回っていたのが、動かなくなる分のエネルギーの差です。水は固まるときにそのエネルギーからちょっとだけお釣りを貰って体積を増やすのです。ということでどうでしょうか。

sotom · Answer

氷は水で浮きます。
浮くという事は、比重が水より小さい。
比重が小さいから体積が増えるのだ。

ダメっすか？

なぜ、水は個体（氷）になると体積が増えるのですか？子供に聞かれて答える

ごくおおざっぱに言えば、液体というのはおもちゃ箱に積み木をばらばらと放り込んだ状態です。

★一般的に物質は固体になると体積がへる・・のではなく、温度が下がると体積が減少するというのが正しい理解でしょう。

一般的に物質は固体になると体積が増えます。

何故と言われても困るのですが（苦笑）

この回答で子供を納得させられるようなものは無理ですよ。

氷は水で浮きます。

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　この回答で子供を納得させられるようなものは無理ですよ。