四℃の水が重い

質問

「四℃の水が一番重い」
という話を聞いたことがあります

それと
「あらゆる液体の中で
　水だけは一番上から凍っていく」
という話も効いたことがあります

後者の理論的な説明ではない解説として
「地球上の生物は水が生活の根幹なので
　神様が水だけは他の液体と違う性質を
　持たせた」とあったのですが
違う分野からの解説などありましたら
御教授いただきたいとおもいます。

お暇なときでかまいませんので
どうかよろしくお願い致します

回答No.3

kurone · ベストアンサー

一部の例外を除いて物質は気体の時が一番軽くて体積が大きく、固体の時が一番重くて体積が少ない。ただ、水の場合は、固体でなく液体の時が一番重くて体積が小さい。

上記のことは知っていますね。では、何故そうなるのか？一番重くて体積が少ないのは何度なのか？ということになります。

まず、気体の状態は分子が自由に動き回っています。液体になるとある程度分子間の距離が近くなり拡散しなくなりますが、まだ自由に動くことはできます。固体では分子は動き回ることができなくなり結晶化します。

二酸化炭素の分子ははＯ－Ｃ－Ｏの順で直線に並んでいます。そのため、二酸化炭素が結晶になると隙間がほとんどできません。一方、水の分子はＨ－Ｏ－Ｈの順に並んでいますが両側のＨはハの字型（１２０°）でついています。これが固化すると六角形の結晶になり、隙間が生じてしまいます（六角形の中心部分）。

水の状態でも水温が高い場合は分子が拡散しやすい傾向にあり、逆に水温が低い場合は結晶化の方向に進んでいきます。水温が４℃になると水分子同士が一部結晶化し始めますが、まだ完全に結晶化はしません。六角形の結晶が一部しかできていないため、隙間（結晶化した時の中心部分）にも他の水分子が入りやすくなり、水の中で最も密度が高くなります。

そのため、同体積では４℃の時が密度が高く重くなり、同じ重さで見れば最も体積が小さくなります。

＞水だけは一番上から凍っていく
他の方も言っていますが、４℃の時が最も重く、氷の方（４℃未満の水）が軽いため水面上に浮くからです。

回答No.4

kikero

>地球上の生物は水が生活の根幹なので
　神様が水だけは他の液体と違う性質を
　持たせた」
→非科学的な「人間原理」を説きたがる者が多いですね。
　とにかく、「与えられた物理的・化学的条件下で生き延び得た生命だけが現在の有り様になった」と云うだけの事だと思います。
　タイタン探査機が、メタン・アンモニアなど水を使わない生命系を発見してくれると、地球上の人間の思い上がりが一遍に吹き飛んで痛快なのですが、、、
　しかし、あの温度で地球と同じ進化速度になるとも思えないし、無理かなあ。

回答No.2

alice_with_tak

何で上から凍るかですよね？

重いものは浮き、軽いものは沈みます。
20℃の水が入った湖があるとします。冷気を与えていくと表面はだんだん冷たくなって重くなり、沈みます。そして底の方の暖かい水が上昇します。なので理論的に全体が4℃になったとします。そしてさらに冷やしていき、表面が1℃になったとします。しかし今度は暖かい4℃の水は上昇しません。4℃の水が一番重いからです。さらに冷気を与えていくと表面は氷点下になり、凍ります。
表面に冷気と書きましたが、どこから冷気を与えても同じことがおきますよね。

回答No.1

yamaimo30

どうもこんばんは！
固体の物質はそれぞれ特有の結晶構造があります。
固化（結晶化）すると、液体よりもぎゅうぎゅうに詰まるものがほとんどですが、すかすかになるものもあります。

多くの物質は前者ですが、氷はかなり特殊で後者のようにスカスカになってるんです。理由は水素結合という特殊な結合をすることによります。

全体の重さ÷全体の体積が密度です。単位はｇ／立方センチメートルです。
水の密度は１で、これより大きければ沈み、小さければ浮くので、氷は浮きます。
つまり、液体のほうが密に詰まっていて、氷はスカスカなんです。

解りやすく言うと、
バラバラの本を本棚につめる時隙間なくつめればその本棚にはたくさんの本があるので本棚全体は重いですね！
本を縦に置いたり横にして置いたり隙間が多くできるように詰めるとあまり詰められませんよね、本棚全体は軽いですね！
こんな感じでどうでしょうか？

ennkaiさんの論理的でない説明を福音派やカトッリクの国なんかでは本気で信じてる人が多いみたいですね！ブッシュが再選したんでアメリカもやばい事になりそうです。

補足

回答有難うございます

私の質問分の「理論的でない解説」は
聞いたことがある程度ですので
私が信じているとか　そういうことではありません
念のため＾＾

なんにしても水が特殊なのは不思議ですよね。