学研（がっけん）サイエンスキッズ

冷（れい）とう庫（こ）に水（みず）を入（い）れておくと、やがて水（みず）は氷（こおり）になる。でも、どうして液体（えきたい）の水（みず）が固体（こたい）の氷（こおり）になるのだろう？

液体（えきたい）の水（みず）は、あたためられると気体（きたい）になり、冷（ひ）やされると固体（こたい）に変化（へんか）する。どんな物質（ぶっしつ）も、分子（ぶんし）という目（め）には見（み）えない小（ちい）さなつぶが集（あつ）まってできている。熱（ねつ）を加（くわ）えたりうばったりして温度（おんど）が変（か）わると、分子（ぶんし）の動（うご）きや並（なら）び方（かた）が変（か）わる。水（みず）の場合（ばあい）、液体（えきたい）の状態（じょうたい）だと、分子（ぶんし）はある程度（ていど）自由（じゆう）に動（うご）くことができるけれど、0℃以下（いか）になると、分子（ぶんし）は自由（じゆう）に動（うご）けなくなり、規則正（きそくただ）しく並（なら）んだ状態（じょうたい）になる。これが固体（こたい）の氷（こおり）だ。いっぽう、水（みず）に熱（ねつ）を加（くわ）えると、分子（ぶんし）は、完全（かんぜん）に自由（じゆう）に動（うご）くことができるようになる。この状態（じょうたい）が気体（きたい）で、水（みず）の場合（ばあい）は、水蒸気（すいじょうき）という。

さて、液体（えきたい）の水（みず）が固体（こたい）の氷（こおり）になると、分子（ぶんし）と分子（ぶんし）の間（あいだ）にすき間（ま）ができて、水（みず）だったときと比（くら）べて体積（たいせき）が増（ふ）える。こおらせた水（みず）のペットボトルがふくらんだり、形（かたち）が変（か）わったりするのは、固体（こたい）になって体積（たいせき）が増（ふ）えるからで、ペットボトルや清涼飲料水（せいりょういんりょうすい）の缶（かん）に「こおらせないでください」と書（か）いてあるのは、こおることで体積（たいせき）が増（ふ）え、容器（ようき）がこわれるかもしれないからだ。

体積（たいせき）が増（ふ）えるということは、同（おな）じ体積（たいせき）あたりでは、軽（かる）くなるということだね。氷（こおり）を水（みず）に入（い）れるとうくのはそのせいだ。あたりまえのように思（おも）うかもしれないけれど、水（みず）のもつこの性質（せいしつ）は、物質（ぶっしつ）の中（なか）ではめずらしいことだ。同（おな）じ体積（たいせき）で比（くら）べると、ほとんどの物質（ぶっしつ）は、温度（おんど）が高（たか）いほど軽（かる）く、温度（おんど）が低（ひく）いほど重（おも）い。つまり、固体（こたい）のときの方（かた）が液体（えきたい）のときより、同（おな）じ体積（たいせき）あたりの重（おも）さが重（おも）くなる。

もし、水（みず）よりも氷（こおり）のほうが重（おも）かったら、大変（たいへん）だ。冬（ふゆ）の池（いけ）の水（みず）は、表面（ひょうめん）が冷（ひ）やされて氷（こおり）になり、どんどん池（いけ）の底（そこ）にしずむ。あっという間（ま）に池（いけ）全体（ぜんたい）がこおり、魚（さかな）などは生（い）きていけなくなってしまう。でも、実際（じっさい）には、水（みず）は4℃のときが最（もっと）も重（おも）いので、表面（ひょうめん）にできた氷（こおり）が冷気（れいき）をやわらげるはたらきをし、水中（すいちゅう）がこおるのを防（ふせ）いでいる。

店（みせ）で売（う）っている氷（こおり）は、すき通（とお）っているけど、家庭（かてい）の冷（れい）とう庫（こ）で作（つく）った氷（こおり）は白（しろ）っぽいと思（おも）わない？　家庭（かてい）の冷（れい）とう庫（こ）では、水（みず）を急速（きゅうそく）に冷（ひ）やして氷（こおり）を作（つく）っているため、空気（くうき）などの不純物（ふじゅんぶつ）をふくんだ状態（じょうたい）でこおってしまう。白（しろ）くなるのはそのためだ。すき通（とお）った氷（こおり）を作（つく）る会社（かいしゃ）では、水（みず）をろ過（か）してきれいにした後（あと）、ゆっくりと、水（みず）をかき混（ま）ぜながらこおらせるなどの工夫（くふう）をしている。このように手間（てま）をかけて作（つく）ったとう明（めい）な氷（こおり）は、「純氷（じゅんひょう）」と呼（よ）ばれることもある。

家庭（かてい）では、いったんふっとうさせた水（みず）を容器（ようき）に入（い）れ、冷（れい）とう庫（こ）の床（ゆか）に直接（ちょくせつ）つけないよう、割（わ）りばしなどの上（うえ）にのせて作（つく）ると、比（ひ）かく的（まと）とう明（めい）な氷（こおり）ができるから、試（ため）してみよう。

自然（しぜん）の中（なか）にも、氷（こおり）はたくさんある。その中（なか）で最（もっと）も身近（みぢか）なものの一（ひと）つが雪（ゆき）だ。雪（ゆき）は、雲（くも）にふくまれている水蒸気（すいじょうき）が、上空（じょうくう）で冷（ひ）やされ、ちりなどの小（ちい）さなつぶを核（かく）（しん）としてこおり、だんだん成長（せいちょう）したものだ。実（じつ）は、雨（あめ）は、雪（ゆき）が落（お）ちてくる途中（とちゅう）でとけたものなんだ。

また、ひょうは積乱雲（せきらんうん）の中（なか）を氷（こおり）の結晶（けっしょう）が落（お）ちたり、上昇気流（じょうしょうきりゅう）に乗（の）ってのぼったりして、いくつもの氷（こおり）の層（そう）が重（かさ）なった氷（こおり）のつぶだ。

ほかにも、冬（ふゆ）の北海道（ほっかいどう）などでは、ダイヤモンドダストという現象（げんしょう）が見（み）られる。これは、気温（きおん）が－25℃以下（いか）の時（とき）に空気中（くうきちゅう）の水蒸気（すいじょうき）が急（きゅう）に冷（ひ）やされ、水（みず）の状態（じょうたい）を通（とお）りこして氷（こおり）の結晶（けっしょう）になる現象（げんしょう）で、日光（にっこう）を反射（はんしゃ）してダイヤモンドをちりばめたようにきらきら光（ひか）る。

地球上（ちきゅうじょう）に存在（そんざい）する氷（こおり）のほとんどは、氷河（ひょうが）や氷床（ひょうしょう）、氷山（ひょうざん）として北極（ほっきょく）や南極大陸（なんきょくたいりく）、グリーンランドなどにある。海（うみ）にうかんでいる氷山（ひょうざん）は、見（み）えている部分（ぶぶん）が全体（ぜんたい）の約（やく）11分（ぶん）の1で、見（み）えてない部分（ぶぶん）のほうがずっと大（おお）きい。

このほかにも氷（こおり）に関係（かんけい）した自然現象（しぜんげんしょう）はたくさんある。ほかにどのような現象（げんしょう）があるか、氷（こおり）の性質（せいしつ）とどのような関係（かんけい）があるかを調（しら）べてみよう。

◎いろいろな液体（えきたい）をこおらせよう

水（みず）以外（いがい）の液体（えきたい）を冷（れい）とう庫（こ）に入（い）れておくとどうなるかな？　同（おな）じ大（おお）きさの容器（ようき）に、水（すい）、しょうゆ、コーラなどを入（い）れて、冷（れい）とう庫（こ）に入（い）れよう。液体（えきたい）はこおるだろうか。また、こおる様子（ようす）は、水（みず）とはちがうだろうか。

●準備（じゅんび）するもの

水（すい）、しょうゆ、コーラ、同（おな）じ大（おお）きさの容器（ようき）

●実験（じっけん）の方法（ほうほう）

1.水道（すいどう）水（すい）、コーラ、しょうゆなどを、同（おな）じ量（りょう）、容器（ようき）に入（い）れる。

2.容器（ようき）を冷（れい）とう庫（こ）に入（い）れる。

3.2時間（じかん）後（ご）に、どのようになったか観察（かんさつ）する。

4.4時間（じかん）後（ご）に、どのようになったか観察（かんさつ）する。

◎一（はじめ）しゅんでこおる水（みず）

水（みず）は、ふつう、0℃でこおり始（はじ）める。でも、ゆっくり冷（ひ）やすと－10℃くらいまで水（みず）の状態（じょうたい）を保（たも）つことができる。0℃以下（いか）でもこおっていない状態（じょうたい）を「過（か）冷却水（れいきゃくすい）」という。「過（か）冷却水（れいきゃくすい）」のとき、水（みず）は、こおる準備（じゅんび）はできているけれど、きっかけがない。だから、小（ちい）さな氷（こおり）のつぶを入（い）れたり、ゆらしたりすると、一（はじめ）しゅんでこおりはじめる。

●準備（じゅんび）するもの

精製（せいせい）水（すい）（またはふっとうさせてさました水（みず））、ボウル、小（ちい）さめのコップ、氷（こおり）のかけら、食塩（しょくえん）、温度計（おんどけい）

●実験（じっけん）の方法（ほうほう）

1.ボウルに氷（こおり）を入（い）れ、食塩（しょくえん）をかける。

2.精製（せいせい）水（すい）を入（い）れたコップをボウルに入（い）れる。数（すう）分（ふん）間（かん）冷（ひ）やすと、水（みず）が0℃以下（いか）になる。

3.コップをボウルからそっと出（だ）して、氷（こおり）のかけらを入（い）れる。

4.コップの水（みず）が、一（はじめ）しゅんで氷（こおり）に変（か）わる。水（みず）がどこからこおるか観察（かんさつ）しよう。

◎圧力（あつりょく）による氷（こおり）のとけ方（かた）

氷（こおり）には、圧力（あつりょく）をかける（せまいはん囲（かこい）に強（つよ）い力（ちから）をかける）と、とけだす温度（おんど）が低（ひく）くなる性質（せいしつ）がある。つまり、0℃以下（いか）でも水（みず）になるということだ。スケートは、氷（こおり）をスケートの刃（は）の圧力（あつりょく）でとかしてすべりやすくしている。圧力（あつりょく）がなくなると、またすぐにこおるので、スケートリンクは水（みず）びたしにならないというわけ。氷（こおり）のこの性質（せいしつ）を実験（じっけん）で確（たし）かめよう。

●準備（じゅんび）するもの

板（いた）の形（かたち）の氷（こおり）、ビー玉（だま）、かん電池（でんち）、木（き）のかけら

●実験（じっけん）の方法（ほうほう）

1.氷（こおり）の上（うえ）に、ビー玉（だま）、かん電池（でんち）、木（き）のかけらを置（お）く。

2.数（すう）分（ふん）間（かん）そのままにして、氷（こおり）がどのようにとけるかを観察（かんさつ）しよう。