物理Iの氷についてです。

質問

水をドンドン冷やしていき、０℃になって氷になったとき、分子は全く動かなくなるんですよね？

回答No.1

noname#187864 · ベストアンサー

いや、摂氏0度では分子は熱運動をしていますよ

熱運動しなくなる、つまり分子が完全にとまるのは
絶対零度⇔0K(ケルビン)⇔摂氏-273度

ですよ

お礼

分かりました。

ご回答ありがとうございました。

回答No.5

htms42

教室に子供がたくさんいます。
どの子も自分の座席に座っています。でもあちら向いたり、こちらを向いたり、ごそごそしたりしています。先生が「みんなこちら向いて！」と言ったので大きな動きはなくなりました。しばらくして先生が「少し息抜きをしましょう」と言いました。短い休憩時間が出来たのです。席から立って教室の中をうろうろしてもいいことになりました。休み時間になりました。教室から出てもいいことになりました。教室に残っている子もいますが運動場で走り回っている子もいます。

ここに書いたことは私が授業で使っている固体、液体、気体のイメージです。
うごきに程度の違いがあることが分かりますね。
座席に座っている状態が固体です。座席に座っていてもごそごそがさしているのです。その動きにも程度の違いがあります。いつまでたっても落ち着かないので先生が「前を向いて目をつぶりなさい」という事もあります。
教室の中で移動してもかまわないというのが液体です。動くことはできますが密度はあまり変わりません。
休み時間になると気体になります。子供の密度はがくっと小さくなります。

＞高校物理ですし、仰る通り水が氷になったら分子は動かないとしておきます。

そこまで単純化しないと理解できないことですか。
座席に座っているがごそごそがさがさしている、座席に座ってじっとしているが温度の違いに対応するというのを理解することがそんなに難しいですか。

氷の結晶構造は雪の結晶に見られるように六角形を基本構造としています。でもこれは比較的温度の高い氷です。ずっと低温にすると結晶構造が変わってダイヤモンド型の構造になります。高温型の構造と低温型の構造と２つあるのです。分子が完全に動きを止めていたらいくら温度を下げてもこういう変化が起こることは期待できないですね。（ダイヤモンド型の結晶構造がどういうものかは化学の教科書にのっているはずです。）

量子力学がどうの、こうのという話ではありません。

お礼

理解云々ではなく、どの意見（３つありますが）が高校物理的に正しいのか分かりかねます。
まあ、絶対零度になったときに分子が動かないということにしておきます。

ご回答ありがとうございました。

回答No.4

noname#175206

いろいろなレベルで、いろいろな答えがあり得ます。

　氷は固体、それも水分子が結晶構造となっている固体ですから、そういう観点からは分子が動いていないといえます。温度はあるので分子の振動はありますが（それが温度だということ）、こういうレベルで見ているときは、分子は動いていないと考えてもOKです。

　ちなみに金属だと、原子核は結晶構造で動いていませんが、電子は金属内で自由に動ける状態です（だから電気が流れやすい）。

　また、ガラスは普通は固体と考えます。しかし結晶構造はなくて、いわば「物凄く粘っこい液体」みたいなものなので、時として固体でないとすることもあります（非常にゆっくり流れることが可能なイメージ）。

　ミクロな物理学である量子力学ですと、既に回答がある通り、絶対零度ですら氷であろうがどんな物質であろうが、分子や原子は振動しています。

　そのためヘリウムを冷やして行って、どんなに絶対零度に近づけても、圧力を掛けないと固体にならず、液体のままです。絶対零度は作ることはできませんが、計算上は、絶対零度でもヘリウムは圧力を掛けなければ液体のままのはず、と考えられています。

　屁理屈をこねるなら、氷の分子が動かないと言えて、しかし氷を動かせば、もちろんその水分子が一斉に動くとか、あるでしょう（これはこれで相対論では問題になったりする）。

　よほどに分野を特定して特殊な状況を考えない限り（量子力学の絶対零度の極限状態とか）、物体を構成する分子や原子（核）が互いに動いていないなら、分子同士、あるいは原子同士は動いていないとしてよいでしょうね。これは固体と、液体や気体（まとめて流体とも言います）を分ける境界と考えてもいいです。

お礼

同じ物理でも、分野ごとに様々な考え方があるのには驚きました。

高校物理ですし、仰る通り水が氷になったら分子は動かないとしておきます。

ご回答ありがとうございました。

回答No.3

中村 拓男（@tknakamuri）

固体は格子振動するのでまだ動いています。
＃なので温度が有る。
固体の温度が低いほど格子振動は小さくなります。

では絶対零度まで冷やすと・・・　
まあ、止まるといっても大きな間違いではないのですが、
零点振動するのでまだ動いています(^^;

零点振動は不確定性原理によって起こる振動です。

お礼

絶対零度でも分子は動くのですか。意外でした。

ご回答ありがとうございました。

回答No.2

sailor

分子の運動が止まるのは０℃ではなく、０Ｋ（ケルビンと読む）です。セッシに置き換えると　－２７３．１５℃ですね。

水が氷になった状態では液体の状態よりは分子の動きの自由度は下がって、分子が勝手にあっちこっちと動き回ることは少なくなりますが、その位置を保ったままで振動するなどの動きはありますので、分子自体はけっして止まってはいません。

分子の動きが止まるのは０℃ではなく絶対零度　0Ｋ（－２７３．１５℃）です。そして、一般に物理の世界ではケ絶対温度であるケルビンを使います。セッシというのは水の融点から沸点までの間を１００等分したもので一般的ですが、温度をあらわす絶対的な指標ではありませんので、これ以下の温度に下がることは無い（分子の動きが完全に止まる）　０Ｋを基準に資するのが一般的です。

おまけ、水の沸点は１００℃と習うのが一般的ですが、正確には１atm（１気圧のこと1013.25 hPa）の圧力のもとで９９．９７４℃です。

お礼

水の沸点が１００℃ちょうどではないことは全く知りませんでした。

ご回答ありがとうございました。