桑名正和(くわなまさかず)

氷がとけて水蒸気になる?

2022.08.30

 地球は水の惑星、たくさんの水にかこまれて生活しています。

 そんな水の性質を勉強するのは小学校4年生。水を冷やすと0℃で氷になり、やかんにいれてあたためると100℃で沸騰して水蒸気になることなどを学びます。
 水は見えるものの、特定の形をもたない「液体」、氷は形がさだまっていてくだくことはできても自由に形をかえることがない「固体」、水蒸気は目には見えない「気体」であることも同時に学習します。水だけではなく、固体はあたためると液体になり、液体をあたためると気体になります。

 水についてある程度の学習をしたら、水以外の物質についてもでてきます。
 たとえばアイスクリームや刺身などを買ったとき、冷凍食品の宅配などでドライアイスがついてくることがあります。ドライアイスそのものは二酸化炭素が固体になったものです。とける温度は-79℃と氷よりもかなり低いのでまわりを冷やす効果も抜群です。さらに便利なところは、氷がとけると液体の水になりますが、ドライアイスは液体にならずにそのまま気体の二酸化炭素になるので、まわりをぬらすことがないという点です。

 さて、ドライアイスと氷を比較してみましたが、固体の氷は液体の水にならずに、そのまま気体の水蒸気になることはあるのでしょうか。というか、あるのですが皆さんはどうすれば氷がそのまま水蒸気になるかわかりますか。

 家で氷をつくるときには、製氷皿に水をはって冷凍庫に入れます。できあがった氷は表面がやや盛り上がっています。氷の体積は水のときの1.1倍なので、できあがった氷を見ると不自然な盛り上がり方をします。
 が、こちらの写真を見ると、あまり盛り上がっているように見えませんね。入れた水が少なかったか?
それもあるかもしれませんが、氷ができたあと冷凍庫の中でさらに何日間もそのままにしておくとだんだん小さくなっていきます。

なぜ?

 これこそがドライアイスと同じ現象。氷が少しずつ水蒸気になっていく「昇華」という現象のせいです。水が液体の水として存在できるのは0℃から100℃の範囲です。0℃より低いところでは、液体の水にならず、そのまま水蒸気になります。
 最近の冷凍庫は水を入れると自然にちょうどよい大きさの氷がたくさんできる便利なものもありますが、水と氷の性質を知るうえでも、ぜひ一度小さい容器に水を入れて冷凍庫にいれてみましょう。

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