どうして氷は水に浮かぶのか知っていますか？
それはもちろん氷の方が軽いから浮かんでいるわけですが、同じ水なのに固体になると軽くなるのはなぜなんでしょうか。
このふとした疑問を今回の記事で解消していきましょう。
氷が水に浮かぶ理由とは？
氷が水に浮かぶ理由は、水は氷になると体積が大きくなり、密度が小さくなるからになります。
どのくらい体積が大きくなるのかというと、約10%ほど増加しており、体積が大きくなった分、密度はスカスカで小さくなっています。
体積とか密度で言われると少しイメージしにくいと思いますので、コップの水で考えてみましょう。
100mlのコップで水と氷を比べると
例えば、100ml用のコップのぎりぎりまで入れた水を冷凍庫に入れて凍らせると、体積が大きくなるため、氷はふくらんでコップからはみ出ます(体積が約10%増加するため)。
ただ、100mlの水と比べるためには、このはみ出た約10%の部分を切り取らないといけません。
これを切り取ると「100mlの水=110mlの氷」だったのが、「100mlの水>100mlの氷」と氷の方が軽くなります。
これを「水の100mlを1」とした場合、「氷の100mlは約0.9」くらい。
そのため、変化したときの大きくなった体積を切り取って同じ体積で考えた場合、氷は水よりも軽いため、水に浮かぶということです。
本来、普通の物質なら液体から固体になると、体積は小さくなり、密度が大きくなりますが、水だけはその反対の現象が起こる特殊な物質なのです。
水は気体(水蒸気)になると体積はどうなる？
水が氷になると体積が約1.1倍になりますが、水蒸気になると、なんと約1700倍になります。
そのため、水は気体になっても体積が大きくなり、固体になっても体積が大きくなるわけですが、体積が最も小さいときはどんなときなんでしょうか？
水の体積が最も小さいときの状態
水の体積が最も小さいときの状態は温度が約4℃のときになります。
水は約4℃の時が体積が最も小さくなり、そこから温度が高くなって水蒸気になっても体積は大きくなり、温度が低くなって氷になっても体積は大きくなる不思議な物質なんです。
ちなみに、ちょっとした豆知識ですが、4℃(ヨンドシー)というジュエリーブランドの由来も水温が関係しているんです。
公式HPでは、
「4℃」のブランド名は、氷が張った水の底の温度を表しているんです。それは、唯一魚が生息できる安息の場で、うるおいそのものを意味します。水はあらゆる生命の源であり、自由に姿かたちを変えながらも決して本質は変わらない、特別な存在です。
流麗なラインで描かれた、こぼれ落ちるような瑞々しい一滴のしずくは、水をコンセプトとする４℃のアイコンモチーフと言えます。 出典: 4℃公式HPより
と説明されています。
最後にちょっとした豆知識の紹介でした。
普段から私たちが飲んでいるお水には「硬水」と「軟水」の2種類がありますが、この違いを何だか知っていますか？この違いをざっくり言うと、水の硬度に違いがあり、硬度とは水1Lあたりのカルシウムやマグネシウムの含有量のことをいいます[…]
いかがでしたか？
氷が水に浮かんでいるのは当たり前のように見ているので、そこまで意識していませんでしたが、なかなか不思議なことですよね。
たぶんこれは学校の授業で習ってきたはずの知識ですが、私はまったく覚えていませんでしたよ。
