水はどこから凍っていく？上から？下から？

　今、理科では「水のすがた」という単元をしています。二学期に仮説実験授業の三態変化をしていますので、この学習は、応用問題のようなものです。教科書の問題も予想を立てながら実験していますが、毎回大盛り上がりです。

  その意見のなかに分子という言葉がバンバン出てきます。金曜日にはこんな問題の予想をみんなで考えました。

問題
 水を凍らせるとそのかさは、どうなるでしょう。
予想
ア.ふえる
イ.へる
ウ.変わらない
　
　僕は経験から､ア、ふえるが多いかなと思ったのですが．わがクラスの予想はほぼ同人数に分かれてしまいました。

「ア.ふえる」の理由は、こうです。
本で見た。
冷蔵庫でペットボトルのお茶を凍らせたらパンパンにふくらんだ。
予想通りの意見です。

ところが、「イ.へる」の理由に驚きました。
液体に比べ固体は分子がくっつくので、カサがへる。

さらにこんな意見が、

暴れん坊の水の分子は上から出て行って、冷たい下の方から凍っていく。

みんな？？？

よく聞くと、次のような意見でした。。
　温かい水は上の方に行き、冷たい水は下の方に行くということを学習しています。

上のほうの温かい水から、よく動く水の分子は蒸発していきます。
逆に下の冷たい水の分子は動きが鈍いから、分子がくっついていき、下の方から凍っていく、という意見なのです。

すごいと思いませんか。
　完全に分子の動きのイメージを自分のものにしています。

　みんなで拍手をしました。

 

　じかし実際は「ア.ふえる」が正解です。
水は写真のように、氷になると、分子と分子の間に隙間ができてしまうからです。

　しかし、他の分子は液体が個体になるとかさが減るのが普通だそうです。
水は例外的な現象なのです。

明日、氷の分子模型を見せて説明してあげようと思います。
そして、「イ.へる」は間違えたけど「君達はすごいんだ！！」ということも言ってあげたいです。

　

　ところで、実際「水が凍るとき下の方から凍っていく」という意見は正しいでしょうか？みなさんはどう思いますか。
　そこで、以下の問題の予想を立ててみてください。

問題
　水を入れた試験管を縦にして冷凍庫に入れて凍らせます。どこから凍っていくでしょう？

ア.試験管の上の方から
イ.試験管の下の方から
ウ.どこも同じようなスピードで凍る。

　池の氷は上の方から凍っていきます。上は蒸発しているから気化熱が奪われます。だから、実際は上の方から凍っていくんじゃないかな？と僕は予想をたてました。みなさんはどう思いますか。

　実際はどうなのか、いろいろと調べてみました。すると、以下のサイトでこのような回答がありました。

「なぜ 水は上から凍っていくのですか? 他の液体は 確か下から凍るのに。」

なんと上から凍っていくようなのです。その回答が以下です。

普通、液体→固体になるとき、体積は小さくなります。
つまり、液体の状態の1りっぽう㎝の質量(重さ)と固体の状態の1りっぽう㎝の質量を比べたとき、固体の状態の方が重いのです。だから、凍った固体が下にあるのです。
しかし水は例外で、水→氷になったとき、体積は大きくなります。
つまり、水1りっぽう㎝の質量と氷1りっぽう㎝の質量を比べると、水の方が重いのです。したがって、上から凍っていくのです。
水を入れたコップに氷を入れたとき、浮くのと同じようなことですね☆

　な～～るほど、納得しました。上から凍るというのも水だけの特殊な現象なのですね。

　ということは、下の方から凍るって言ったわがクラスの子供達の意見は、物質全般で考えた場合、実はすごい意見だったのですね。

　今日はちょっとマニアチックな話題でしたが、感動したので書いてみました。

　子供ってすごいです。その想像力にビックリです。
　おつきあいありがとうございました。