一般小学生
まとめ
- 水1gあたりの体積が1.0000cm³となり、密度が最大になる温度状態のこと。
- 一般的な物質とは異なり、4℃を境に温度変化に対する体積の増減が逆転する特異な性質を持つ。
- この性質により、自然界では冬の湖底の温度が4℃に保たれ、水生生物の生存を助けている。
解説
物質は一般に、温度が上がると分子運動が激しくなって体積が増加（膨張）し、温度が下がると分子運動が穏やかになって体積が減少（収縮）します。しかし、水は0℃から4℃の間で温度が上がるにつれて体積が減少し、4℃で最小値（1.0000cm³/g）をとるという非常に珍しい性質を示します。このため、4℃の水は単位体積あたりの質量、すなわち密度が最も大きくなります。
実験において、フラスコに入れた水を加熱すると、水面が一度わずかに下がってから上昇し始める現象が見られます。これは、熱がまず容器であるガラスに伝わってガラスが先に膨張し、その後に中の水が温まって膨張を始めるという時間差によって生じるものです。また、金属の熱膨張は液体に比べて極めて小さいため、実験では金属棒の微小な伸びを針やストローの回転運動に変換し、視覚的に変化を拡大して観察する工夫がなされます。
小学生のみなさんへ
水には、ほかの物とはちがう、とてもふしぎな性質があります。ふつう、物は温めるとふくらみ、冷やすとちぢみます。でも、水は温度が4℃のときに、一番体積が小さくなって、重さがぎゅっとつまります。これを「密度が最大になる」といいます。
4℃よりも冷やして0℃に近づけていくと、水はちぢむのではなく、逆に少しずつふくらんでいきます。そして氷になると、もっと大きくふくらみます。ジュースを冷凍庫に入れておくと、パンパンにふくらんでしまうのはこのためです。
この性質のおかげで、冬の池や湖では、一番重い4℃の水が底の方にたまります。表面がこおっても、底の方は4℃のままなので、魚たちはこおらずに冬をこすことができるのです。
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