中１理科 水について

質問

ふつう、固体が液体に状態変化するときって、体積が大きくなって、密度が小さくなります。

でも水のときは例外で退席は小さく、密度が大きくなるのはなんでですか？

わかる方、回答おねがいしまーす！

回答No.3

Saturn5 · ベストアンサー

Ｎｏ．２の方が書かれている通りです。
固体から液体になって体積が減少する物質は水などの限られたものだけです。
普通は加熱をすると、分子の感覚がゆるんで体積は大きくなります。

この理由は、水分子の特殊な形状によります。
水は Ｈ－Ｏ－Ｈ が約１２０°の角度で結合しています。
ここで、Ｎｏ．１の方がおっしゃる水素結合という力が、１つのＨ－Ｏ－Ｈ
と別のＨ－Ｏ－Ｈの間にはたらいて、六角形の構造ができるのです。
http://rikanet2.jst.go.jp/contents/cp0200a/contents/20902.html

雪の結晶を見たことがありますか？
綺麗な六角形が多いですね。
これは、１２０°の角度で水分子が水素結合するためです。
ですから、固体になるとすき間が多い構造となり、体積が増えるのです。

以下のＵＲＬはおよそ１００年前に、雪の研究をされた中谷宇吉郎先生のスケッチです。
http://www.kagashi-ss.co.jp/yuki-mus/img/img_research01.gif

回答No.4

htms42

氷の結晶構造の図が載っているサイトはたくさんあります。
隙間の多い構造であるというイメージはとれると思います。
一覧は次のサイトで見てください。
https://www.google.co.jp/search?q=%E6%B0%B7%E3%81%AE%E6%A7%8B%E9%80%A0&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=K_K9UpKUBIewkgWB_YEo&sqi=2&ved=0CCgQsAQ&biw=1093&bih=498

ただ隙間の多い構造だというイメージだけにしてください。
言葉がくっついたイメージになると誤解を含んだものになる可能性があります。

正四面体構造とダイヤモンド構造とは同じではありません。
氷の結晶構造は１つではありません。温度、圧力の条件で異なる結晶構造がいくつか存在します。氷の存在する温度範囲は２７３度もありますからかなり広いです。その中のどの部分であるかによって高温型、低温型と構造が変わります。ダイヤモンド構造は低温型です。正六角形の雪の結晶と言われているものは（融点に比較的近い温度領域に存在する構造ですから）高温型です。これはダイヤモンド構造ではありません。雪の結晶は正六角形に見えます。でも水の分子が平面の正六角形の形で結びついて存在しているのではありません。結晶構造をある方向から見ると正六角形の穴が開いているように見えるのです。引用したサイトにそれを示す図がいくつか載っています。その時の酸素原子の位置がどういう風になっているかを示している図も載っています。（ダイヤモンド構造でも六角形の穴が開いているように見えます。でも穴の形は正六角形ではありません。氷の結晶構造としてダイヤモンド構造を示すことは間違いではありませんがそれを雪の結晶の形と結びつけると誤りになります。高校の化学の教科書でもこの誤りがあるようです。）
＃３さまがＨ－Ｏ－Ｈの角度が約１２０°だと書いておられるのは平面の正六角形に引きずられた判断をしているからでしょう。正四面体構造を作るのであればＨ－Ｏ－Ｈの角度は１０９．５°です。この角度を斜め上のある方向から見ると１２０°に見えるということです。そういう結晶構造に組み上げることができるのです。
（私も初めは「正四面体構造＝ダイヤモンド構造」と思い込んでいました。１０９．５°に開いたダイヤモンド構造用のパーツがたくさん入った模型を買ってきて組んでみました。どちらの構造を作ることもできることがわかりました。）

お礼

丁寧にありがとうございます！
意外と深い理由があってびっくりです・・・

ダイヤモンド構造とかわかんない言葉もせっかくの機会なので、調べてみようとおもいます！

回答No.2

Robert1961

水は個体(氷)になるときの結晶構造に隙間ができるから体積が増える。
なので氷は水に浮くことができます。
こういう状態は、水だけで無く他の物質でもいくつか見られるようですが、特別な変化です。

もっと詳しく知りたいようでしたら、以下を参考にしてみて下さい。

参考URL：

http://homepage1.nifty.com/shincoo/m131kagaku1.html

回答No.1

nananotanu

水素結合があるから、かなぁ？