氷はどうして水に浮かぶのか

2021年6月14日2021年6月29日

皆さんこんにちは！　子ども科学ラボというプロジェクトを運営しているすみれと申します！　今回からはuu-yellさんのサイトで科学に関する情報発信を行っていきます。よろしくお願いします！

さて、今回は「なぜ氷が水に浮かぶのか？」についてです。

一見当たり前すぎるようですが、化学の世界ではこの性質はかなり特異的で、生命が進化して生きてくることができた理由にも関わってきます！！

一見当たり前に思える、「氷が水に浮かぶ」という現象。実は水の特徴的な性質の1つです。

水（Ｈ_２O）分子は次のような構造をしています　（いわゆる折れ線型）　。

水が固体になっている状態（つまり氷）では、水分子は他の４つの水分子と水素結合で結びついた状態で存在しています。

ここで水素結合に触れると長くなってしまうので、今回は無視します。

このように水の固体状態では、水分子はかなりスカスカな状態で存在しています。

よって、氷の密度は液体の水よりも小さくなるために　「氷が水に浮く」という現象が発生します。

ちなみに、水を凍らせたときに、もともとの水の体積より氷の体積の方が大きくなっている理由もこれなので、ぜひ冷凍庫の中の氷を確認して見てください。

また、水は約４℃で密度が最大になります。このことにも水素結合が絡んでくるのですが、説明が長くなってしまうので、また後日まとめて説明させていただきます……。

基本的に物質は固体になると隙間なくびっしり並ぶので、この性質が見られるのは水ぐらいです。

　実は地球にとって　「氷が水に浮くこと」　は色々と都合が良かったりします。

例えば、氷が張った池の下で魚が生きていられるのは、氷が水に浮かんでいるからです。①の最後に、「水は約4℃で密度が最大になる」という話がありました。

同体積では　「密度が大きい＝重い」　という関係が成立するので、最も密度の大きい4℃の水は池の底に沈みます。そのため魚は水面に氷が張っていても生きていけるというわけです。

これ以外にも水には、比熱が高いなど不思議な性質がたくさんあります。

また、今回水素結合や浮力、水が4℃で密度が最も大きくなる理由の説明は大幅に省いています。そのため、説明が拙くなってしまったかもしれません……。

それらの内容については、また個別に取り上げていくつもりですので少々お待ちください。

今回記事を担当したすみれからは以上です！