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水の話
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■水の話 〜化学の鉄人小林映章が「水」を斬る!〜
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1章 水の構造と性質 小林 映章

1.2 水の性質

1.2.2 水の注目すべき特性(1) ―密度―
―万物みな水の密度特性の恩恵を受けている―
(密度の温度特性)
 水は自然界にある諸々の物質のうちで非常に特殊な性質を持っています。先にも述べましたが、その最たるものは、固体の氷の方が液体の水よりも同じ体積で比較したときに軽い、すなわち密度が小さいということです。

 水の密度が温度によってどのように変わるかを図4に示しました。


図4 水の密度の温度依存性

 氷の密度は0℃で0.9168g/cm3です。この氷が溶けると10%近く体積が小さくなり、0℃で0.9998g/cm3の水になります。温度が上昇するにつれて水の密度は大きくなり、3.98℃で最大密度0.999972 g/cm3なります。これを越してさらに温度が上昇すると水の密度は低下していきますが、それでも水の沸点100℃になっても0.9584g/cm3で、氷と比べると5%ほど大きな密度となっています。

(天地創造の神は素晴らしい)
 もしも氷が約4℃の水よりも重ければ、湖水や河川や、海でも水は底から凍ってくることになります。しかしそうではなく、水の中は氷の蓋でがっちりと保護されているわけです。淡水の池や湖では、表面の水は約4℃までは冷やされるにつれて密度が大きくなって底に沈んでいき、底の温かい水が表面に上がってきます。そこで再び冷やされて底に沈んでいきます。これが繰り返えされると、やがて水全体が3.98℃の温度になります。さらに表面の水が冷やされて、3.98℃以下になるとその密度は逆に小さくなり、もはや沈まないので、表面にいたままで凍ることになります。水の表面をカバーした氷は密度の小さい軽い状態で水上に浮かび、どんどん熱を放出して冷えてくれますので、内部はいつまでも液体の水の状態を保ってくれます。

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