水の密度が４℃で最大となった後。

水の温度が下がると、４℃で密度が最大となる。
そしてそれは水素結合が存在するからである。ということは理解しました。

ただ４℃で最大となった密度が、さらに温度を下げた場合に再び小さくなるというのが、なんだかピンときません。水素結合によって分子が規則正しく並ぶために、４℃のとき以上に密度をあげることができないと言うのなら、４℃から凝固点（０℃）までは同じ密度になるような気がするのですが…

どうして密度が小さくなるのでしょうか？
あまり化学に詳しくない物にもわかりやすいレベルの解説をよろしくお願いいたします。

No.2 ベストアンサー 回答者： kagakusuki 回答日時： 2011/02/22 10:13

>水素結合によって分子が規則正しく並ぶために、４℃のとき以上に密度をあげることができないと言うのなら、４℃から凝固点（０℃）までは同じ密度になるような気がするのですが…

　水は、4℃よりも高い温度でも、分子の一部がある程度規則正しく並びかけていますが、水が液体でいる間は、4℃以下になっても、規則正しく並んでいる分子は一部だけで、大半の分子は不規則に動き回っています。
　全ての水分子の中で、規則正しく並んでいる分子の割合は、温度が凝固点である0℃に近づく程増加し、氷になると全ての水分子が規則正しく並びます。
　不規則に動き回っている分子だけに注目すると、温度が下がる程、分子の熱運動速度の平均値が遅くなりますから、その分子間距離の平均値も、温度が下がる程短くなり、密度が高くなります。
　同様に、規則正しく並んでいる分子だけに注目すると、温度が下がる程、その分子間距離の平均値は、温度が下がる程短くなり、密度が高くなります。
　但し、水の場合、規則正しく並んでいる分子同士は、水素結合により6角形を基本とした隙間の多い形に並ぶため、その密度は、（同じ温度の）不規則に動き回っている分子同士の密度よりも低くなります。
　そのため、凝固点に近い温度域では、温度が下がって行くと、規則正しく並んでいる分子の割合が増加するため、水全体の密度が低くなります。
　つまり水には、温度が下がると分子間距離が短くなる事で密度が高くなる効果と、規則正しく並ぶ分子の割合が増える事で密度が高くなる効果という、逆の働きをする2つの効果がある訳です。
　4℃以上の温度では、規則正しく並んでいる分子の割合が少ないため、分子間距離が変化する事による効果が強く現れるため、温度が下がる程、密度が高くなります。
　4℃以下の温度では、規則正しく並んでいる分子の割合が増えて来るため、その割合が変化する事による効果が、分子間距離が変化する事による効果を上回り、温度が下がる程、密度が高くなります。
　そのため、水は4℃（正確には3.98℃）において密度が最も高くなるのです。

この回答へのお礼

なるほど！イメージはつかめました。
わかりやすい説明ありがとうございます。

ただ２点、確認させてください。

「規則正しく並ぶ分子の割合が増える事で密度が高くなる効果」→低くなる効果
「4℃以下の温度では、．．．．．．．．温度が下がる程、密度が高くなります。」→密度が低くなります。

で、いいんですよね？

お礼日時：2011/02/22 16:22

No.3 回答者： kagakusuki 回答日時： 2011/02/22 18:14

>「規則正しく並ぶ分子の割合が増える事で密度が高くなる効果」→低くなる効果

「4℃以下の温度では、．．．．．．．．温度が下がる程、密度が高くなります。」→密度が低くなります。


　すいません、その通りです。
（どうやら、投稿時に寝ぼけていた様です）

この回答へのお礼

早速ご回答いただきありがとうございました。
謎が解けてすっきりです！！

わかりやすい説明ありがとうございました。＾＾

お礼日時：2011/02/22 18:58

No.1 回答者： aokii 回答日時： 2011/02/21 18:11

４℃で密度が最大となる理由については、まだ解明されていません。

この回答へのお礼

え、そうなんですか？
No2の方の説明で大体理解できた気がしているのですが。。。
推論はあるけれども、正確な仕組みはまだ解明されていないと言う意味なんでしょうか？？
私は化学は素人なので判断つきかねます。。。＾＾；

でも、わざわざお時間をとって書き込んでくださりありがとうございました。

お礼日時：2011/02/22 16:13