水の特別な性質

• 多くの物質は液体から固体になると体積が減少するが、水は逆に体積が増加するという特殊な性質を持つ。
• 水を加熱して温度が100℃に達すると、液体の表面だけでなく内部からも気化が起こる「沸騰」が始まる。
• 状態変化が進行している間は、加えられた熱エネルギーがすべて変化に使われるため、水温は一定に保たれる。

解説

一般に、物質は温度が下がって固体になると粒子が密に詰まるため、体積が減少します。例えば、液体の「ろう」を冷やして固めると、中央がへこんで体積が減る様子が観察できます。しかし、水は例外的な性質を持っており、氷になると体積が約1.1倍に増加します。これは、水分子が水素結合によって隙間の多い規則正しい結晶構造を作るためです。

また、水を加熱し続けると温度が上昇し、やがて「沸騰」が起こります。蒸発が液体の表面だけで起こるのに対し、沸騰は液体の内部からも気化が起こり、激しくあわが発生する現象を指します。純粋な水の場合、1気圧下では100℃で沸騰が始まり、すべてが水蒸気になるまで温度は100℃のまま変化しません。