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「水が凍ると体積が増え、氷が浮く」 当たり前に感じるかもですが、これは非常に珍しい性質だったりします。 通常は固体になると体積が減り沈むからです。 この現象は、水が液体から氷になる際に分子が規則正しく並ぶ結晶構造で隙間が広がるようになるからなのです
前述の通り、本来は物質の三態で液体から固体に凝固する際は密度が高まる(体積が減る)ものであり、大抵の物質はそのように振る舞います。 しかし、水の場合は理科で習った通り「くの字」形の分子構造かつ酸素と水素で極性があります。 この為に固体になる際にはくの字形が折り重なるのではなく、くの字が電気的に連結しようとして六方晶構造に組み合わさって行きます。 (5個集まると正四面体になる) これにより液体の頃よりも分子同士の空間が開けた(密度が低い)状態で安定してしまうので氷になるところだった体積が増える。つまり「氷が水の上に浮く」という特異な現象が発生します。 これは我々の日常感覚からするとよく見かける光景ですが、物質の世界からすると非常に珍しい事象なのです。 これが当たり前に感じるのは我々含め地球上の生物は液体の水故に生存している、水が基準で成り立っている世界に住んでいるからなのですよ なお最初の映像はCSIRO's Data61によるシミュレーション映像とのことです <a target="_blank" href="https://youtu.be/pYClU2f85H4?si=I2J5Xfz2Bjfe0Lyp" color="blue">youtu.be/pYClU2f85H4?si…</a>
「氷が水に浮くは当たり前」と思った方、有名映画のワンシーンを思い出してください そう、ターミネーター2の涙無しに見れない名場面「親指を立てながらターミネーターが溶鉱炉に沈んでいく」 これが大抵の物性です。 「固体の方が密度が大きいから液体に沈む」のです <a target="_blank" href="https://x.com/DaTa_jp/status/1984415087751262482?t=hvj0KtWViNYC-6UqqAVwgw&s=19" color="blue">x.com/DaTa_jp/status…</a> <a target="_blank" href="https://x.com/DaTa_jp/status/1984415087751262482?t=hvj0KtWViNYC-6UqqAVwgw&s=19" color="blue">x.com/DaTa_jp/status…</a>
まあわかりやすくする溶鉱炉に沈むシーンを例に挙げましたが 言うまでもなくターミネーターと鋼鉄(溶鉱炉)は別の物質なので、より科学的正確に伝えたい実験をしたい場合は、チョコレートやロウソクをそれぞれ溶かして沈めると良いかと思います。ゴリラチョコとか <a target="_blank" href="https://x.com/simoeru/status/1367342225319809026" color="blue">x.com/simoeru/status…</a>