「異常液体」である水の性質とは?

水の入ったコップに氷を入れる。すると氷は水面へと浮かんでくる。ごく当たり前の現象と思われがちだが、実は水の奇妙な性質の1つである。


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通常の物質は気体から固体になるにつれて密度が大きくなる。従って、ある物質の液体に同じ物質の固体を入れると、通常であれば密度の差によって固体はそのまま沈んでしまう。しかし水の場合は、水の中で固体であるはずの氷は浮いてしまう。通常の物質とは全く逆の現象が起きているのだ。

このように、その物質の固体よりも密度が大きくなるような液体を「異常液体」という。水の他にもガリウムやゲルマニウムが異常液体としての性質を持つことで知られている。


Horseshoe I seal on ice floe flickr photo by euphro shared under a Creative Commons (BY-SA) license
このような水の”異常性”は極地で流氷を作り出すなど、生物多様性に重要な役割を果たしてきた。

水素結合による氷の結晶構造は液体の場合より分子の間隔が大きくなるため体積は約10%膨張する。そのため密度は液体よりも小さくなり、氷は水に浮くことになる。最も身近な物質である水は、実はとても不思議な物質なのだ。