はじめに

暑あつい日ひに運動場うんどうじょうで思おもいっきり汗あせを流ながしたあと、冷つめたい水みずをゴクゴクと飲のむ瞬間しゅんかんって最高さいこうですよね！

お風呂ふろに入はいるとき、朝あさに顔かおを洗あらうとき、雨あめが降ふるとき……私わたしたちのまわりには、いつも当あたり前まえのように「水みず」があります。地球ちきゅうは「水みずの惑星わくせい」とも呼よばれていて、地球ちきゅうの表面ひょうめんの約やく7割わりは海うみなどの水みずで覆おおわれています。さらに、私わたしたち人間にんげんの体からだも、約やく60%が水みずでできています。

でも、ちょっと立たち止どまって考かんがえてみてください。

「どうして氷こおりを入いれると、水みずの上うえにプカプカ浮うくんだろう？」 「どうしてコップにギリギリまで水みずを入いれても、こぼれずに盛もり上あがるんだろう？」

実じつは、科学者かがくしゃの間あいだでは「水みずは、宇宙うちゅうの中なかでもトップクラスにヘンテコで特別とくべつな液体えきたい」として知しられています。当あたり前まえすぎて普段ふだんは気きに留とめないかもしれませんが、他ほかのどんな物質ぶっしつにもない超特別ちょうとくべつな性質せいしつをいくつも持もっているのです。

もしも水みずが普通ふつうの物質ぶっしつと同おなじだったら、ジュースに入いれた氷こおりは底そこにズドンと沈しずんでしまいますし、海うみや川かわの魚さかなは冬ふゆにみんな凍こおりついて生いきていけなかったかもしれません。

今回こんかいは、そんな身近みぢかでミステリアスな「水みずの不思議ふしぎ」を、3つの秘密ひみつに注目ちゅうもくしながら楽たのしく解とき明あかしていきましょう！

はると

サッカーの練習れんしゅう終おわりに飲のむ水みずって、本当ほんとうに生いき返かえるよな！でも、水みずが宇宙うちゅうで一番いちばんヘンテコな液体えきたいなんて信しんじられないぞ。

ひまり

ふふ、毎日まいにち当あたり前まえに使つかっているからこそ気きづかないのよね。実じつは私わたしたちの命いのちを支ささえるすごい秘密ひみつがたくさん隠かくされているのよ。一緒いっしょに調しらべてみましょう！

氷こおり・水みず・湯気ゆげ！くるくる変かわる「水みずの三態さんたい」

水みずの一番いちばん身近みぢかな不思議ふしぎは、温度おんどによってまったく違ちがう姿すがたに変身へんしんすることです。

冷凍庫れいとうこに入いれるとカチコチに凍こおった「氷こおり」になり、蛇口じゃぐちをひねるとサラサラ流ながれる「水みず」になり、ヤカンでお湯ゆを沸わかすとシュワーッと「湯気ゆげ」になりますよね。

このように、ひとつの物質ぶっしつが温度おんどによって「固体こたい」「液体えきたい」「気体きたい」という3つの姿すがたに変かわることを、理科りかでは「物質ぶっしつの三態さんたい」と呼よびます。

地球上ちきゅうじょうの自然しぜんな気温きおん（マイナス数十度すうじゅうどからプラス数十度すうじゅうど）の範囲はんいで、この3つの姿すがたをすべて見みることができる物質ぶっしつは、実じつは地球上ちきゅうじょうで水みずくらいしかありません！

目めに見みえない粒つぶ「水分子みずぶんし」の動うごきを見みてみよう

どうして温度おんどが変かわるだけで、硬かたくなったり見みえなくなったりするのでしょうか？

その秘密ひみつは、水みずを作つくっている目めに見みえない小ちいさな粒つぶ「水分子みずぶんし」の動うごき方かたにあります。水分子みずぶんしの様子ようすを、みんなが大好だいすきな「学校がっこうの休やすみ時間じかん」にたとえてみましょう！

このように、温度おんどが上あがって熱ねつのエネルギーをもらうほど、水分子みずぶんしたちは元気げんきいっぱいに暴あばれ回まわって仲間なかまと離はなれていくのです。

ヤカンの口くちから出でる「白しろいモクモク」の正体しょうたいは？

ここで、理科りかのテストでもよく出でるびっくり豆知識まめちしきを紹介しょうかいします。

お湯ゆを沸わかしたヤカンの口くちからモクモクと出でている白しろい煙けむりを見みて、「あれが水蒸気すいじょうきだな！」と思おもっていませんか？

実じつは、本物ほんものの水蒸気すいじょうきは目めには見みえません！

ヤカンの口くちのすぐそばをよーく観察かんさつしてみてください。口くちから少すこし離はなれたところから白しろくなっていて、口くちのすぐそばには「透明とうめいで何なにもないすき間ま」があるはずです。その透明とうめいな部分ぶぶんこそが、本物ほんものの「水蒸気すいじょうき（気体きたい）」です。

白しろくモクモク見みえているのは、空気くうきの冷つめたさに冷ひやされて、一瞬いっしゅんで小ちいさな水みずの粒つぶ（液体えきたい）に戻もどった「湯気ゆげ」なのです。空そらに浮うかんでいる雲くもや霧きりも、水蒸気すいじょうきではなく小ちいさな水みずの粒つぶが集あつまったものなんですよ。

はると

えっ、ヤカンから出でる白しろい湯気ゆげって水蒸気すいじょうきじゃなかったのか！透明とうめいで見みえない部分ぶぶんが気体きたいだったなんて、まるで忍者にんじゃみたいだな！

ひまり

そうなのよ。冷ひやされると一瞬いっしゅんで液体えきたいの粒つぶに戻もどるから白しろく見みえるの。温度おんどひとつで姿すがたを変かえて地球ちきゅうをぐるぐる巡めぐっているなんて、とてもおもしろいわよね。

なんで氷こおりは水みずに浮うく？水みずだけの「大逆転だいぎゃくてんのひみつ」

冷つめたい麦茶むぎちゃやジュースに氷こおりを入いれると、氷こおりはコップの底そこに沈しずまず、水面すいめんにプカプカと浮うきますよね。

「そんなのいつものことじゃん！」と思おもうかもしれません。しかし、科学かがくの世界せかいでは「これこそが、水みずが起おこす一番いちばんありえない大事件だいじけん」なのです！

ふつうの物質ぶっしつは「固かたまると重おもくなって沈しずむ」！

水みず以外いがいのほとんどの物質ぶっしつは、温あたためると膨ふくらみ、冷ひやして固かためる（液体えきたいから固体こたいにする）とギュッと小ちいさく縮ちぢみます。

小ちいさく縮ちぢむということは、同おなじ大おおきさの中なかに粒つぶがギッシリ詰つまるので、液体えきたいよりも固体こたいの方ほうが「重おもく（密度みつどが高たかく）」なります。

たとえば、ロウソクのロウや油あぶらを溶とかして冷ひやすと、真まん中なかがキュッと凹へこんで小ちいさくなります。固かたまったロウを液体えきたいのロウの中なかに入いれると、底そこにストンと沈しずんでしまいます。鉄てつやプラスチックも同おなじで、固かたまりは液体えきたいの中なかに沈しずむのが宇宙うちゅうの当あたり前まえのルールなのです。

ところが、水みずだけはこのルールを完全かんぜんに破やぶってしまいます！

水みずは凍こおると、体積たいせきがなんと約やく1割わり（約やく10%）も大おおきくなります。水筒すいとうやペットボトルに水みずをパンパンに入いれて冷凍庫れいとうこで凍こおらせると、容器ようきがパンパンに膨ふくらんで変形へんけいしてしまうことがありますよね。あれは水みずが凍こおって大おおきくなった証拠しょうこです。

同おなじ重おもさのまま大おおきくなるということは、そのぶん「密度みつどが低ひくくなって軽かるくなる」ということです。だから、氷こおりは液体えきたいの水みずの上うえにプカプカ浮うくのです。

なぜ氷こおりになると大おおきくなるの？

どうして氷こおりになると大おおきくなるのでしょうか？

秘密ひみつは、水分子みずぶんしが手てをつなぐときの「特別とくべつな並ならび方かた」にあります。

水分子みずぶんしは、凍こおるときにお互たがいに引ひき合あって、きれいな「六角形ろっかくけい（ジャングルジムのような立体りったい）」を組くみ立たてます。ところが、この六角形ろっかくけいを作つくるときに、真まん中なかに「ぽっかりと空あいた大おおきめのすき間ま」がどうしてもできてしまうのです！

液体えきたいのときは満員電車まんいんでんしゃのように粒同士つぶどうしが自由じゆうにすれ違ちがってぎゅうぎゅうに詰つまっていたのに、凍こおると全員ぜんいんが両手りょうてをピンと伸のばしてジャングルジムを組くむため、真まん中なかにすき間まができて全体ぜんたいの体積たいせきが広ひろがります。その結果けっか、同おなじ重おもさのままフワッと軽かるくなるのです。

氷こおりが浮うかなかったら地球ちきゅうの生命せいめいは大だいピンチだった！？

もしも氷こおりが他ほかの物質ぶっしつと同おなじように「固かたまると沈しずむ」性質せいしつだったら、地球ちきゅうはどうなっていたでしょうか？

冬ふゆになって気温きおんが下さがると、池いけや川かわ、海うみの表面ひょうめんにできた氷こおりが次々つぎつぎと底そこへと沈しずんでいきます。すると、底そこから順番じゅんばんにどんどん凍こおりついていき、最終的さいしゅうてきには海全体うみぜんたいが底そこからカチコチに凍こおりついてしまいます。

そうなれば、海うみや川かわに住すむ魚さかなやプランクトンなどの生いき物ものは、住すむ場所ばしょを失うしなって全滅ぜんめつしていたはずです。

しかし実際じっさいは、冷つめたい氷こおりが水面すいめんにプカプカ浮ういて「断熱だんねつシート（フタ）」の役割やくわりをしてくれます。外そとの冷つめたい空気くうきが水みずの中なかに届とどくのを防ふせいでくれるのです。

さらに、水みずは「4度ど」のときが一番いちばん重おもいという不思議ふしぎな性質せいしつを持もっています。そのため、冬ふゆの湖みずうみや海うみの底そこにはちょうど4度どの水みずが溜たまり、氷こおりの下したで魚さかなたちは厳きびしい冬ふゆを元気げんきに乗のり切きることができるのです！

はると

氷こおりが水みずに浮うくおかげで、魚さかなたちが冬ふゆでも凍こおらずに生いきられるのか！水みずが凍こおると軽かるくなるって、地球ちきゅうの命いのちを救すくうすごい仕組しくみなんだな！

ひまり

ええ。水みずが約やく4度どで一番いちばん重おもくなるのも絶妙ぜつみょうなバランスよね。もし水みずが普通ふつうの液体えきたいと同おなじだったら、私わたしたち人間にんげんも生うまれていなかったかもしれないわ。

水玉みずたまがまん丸まるになる理由りゆう！不思議ふしぎな「手てつなぎパワー」

雨あめ上あがりに葉はっぱの上うえを見みると、水滴すいてきがペタッと潰つぶれずに、コロンときれいな「まん丸まるの形かたち」を作つくっているのを見みかけますよね。

また、コップに水みずをなみなみと注そそいでいくと、コップのフチよりも少すこし高たかいところまで水みずが盛もり上あがって、ギリギリこぼれずに持もちこたえることがあります。

さらには、池いけや小川おがわの水面すいめんを「アメンボ」がスイスイと沈しずまずに歩あるいている姿すがたを見みたことがある人ひとも多おおいでしょう。

これらはすべて、水みずが持もっている「表面張力ひょうめんちょうりょく」という特別とくべつな力ちからのおかげです！

ギュッと引ひき合あう水分子みずぶんしのチームワーク

表面張力ひょうめんちょうりょくとは、水みずが「できるだけ表面積ひょうめんせきを小ちいさくして、キュッと丸まるまろうとする力ちから」のことです。

水みずを作つくっている水分子みずぶんしは、まるでお互たがいに磁石じしゃくで引ひき合あうように、とても強つよい力ちからで仲間同士なかまどうしの手てを引ひっ張ぱり合あっています。

水みずの中なかにいる分子ぶんしは、前後左右ぜんごさゆう、上下じょうげのすべての方向ほうこうから仲間なかまと均等きんとうに手てを引ひっ張ぱり合あっています。しかし、空気くうきと触ふれ合あっている「一番いちばん表面ひょうめん」にいる分子ぶんしはどうでしょうか？

空気くうきがある外側そとがわには仲間なかまがいないため、内側うちがわや横よこにいる仲間なかまからグイグイと中なかに引ひき寄よせられます。

その結果けっか、水みずの表面全体ひょうめんぜんたいがギュッと内側うちがわに引ひっ張ぱられて、一番いちばん表面積ひょうめんせきが小ちいさくて無駄むだのない形かたちである「球体きゅうたい（まん丸まる）」になろうとするのです。水みずの分子ぶんしが手てを引ひき合あう力ちからは、油あぶらやアルコールなど他ほかの液体えきたいと比くらべても圧倒的あっとうてきに強力きょうりょくです。

お家うちでできる！表面張力ひょうめんちょうりょくのワクワク実験じっけん

この表面張力ひょうめんちょうりょくのパワーは、お家うちにある身近みぢかな道具どうぐでも簡単かんたんに確たしかめることができます！

1. 1円玉えんだまを水みずに浮うかべてみよう：
   1円玉えんだまはアルミニウムという金属きんぞくでできているので、本当ほんとうは水みずより重おもくて沈しずむはずです。でも、コップの水みずの上うえにそーっと水平すいへいに乗のせると……なんとプカプカ浮うきます！水みずがピンと張はったゴム膜まくのように1円玉えんだまを支ささえてくれるからです。
2. 洗剤せんざいを1滴てきたらすとどうなる？：
   1円玉えんだまが浮ういている水みずに、食器用洗剤しょっきようせんざいをつけた爪楊枝つまようじの先さきをチョンと触ふれさせてみましょう。すると、一瞬いっしゅんで1円玉えんだまが底そこにストンと沈しずんでしまいます！
   洗剤せんざいには「水分子みずぶんしの手てつなぎをパチンと切きってしまう力ちから（界面活性剤かいめんかっせいざいの働はたらき）」があるため、表面張力ひょうめんちょうりょくが一瞬いっしゅんでなくなってしまうのです。

はると

コップの水みずが盛もり上あがるのも、アメンボが沈しずまないのも、水分子同士みずぶんしどうしが全力ぜんりょくでスクラムを組くんでいるからなんだな！1円玉えんだまを浮うかべる実験じっけん、家いえで絶対ぜったいにやってみるぞ！

ひまり

ふふ、ぜひ試ためしてみて！洗剤せんざいで手てつなぎを邪魔じゃまする実験じっけんも面白おもしろいわよね。病院びょういんでも、水みずの力ちからをうまく使つかって汚よごれを落おとす手洗てあらいや消毒しょうどくがとても大切たいせつにされているのよ。

▲ 葉はっぱの上うえで丸まるくなった水滴すいてき（出典しゅってん: Wikimedia Commons）

まとめ

今回こんかいは、毎日まいにち飲のむ水みずに隠かくされた驚おどろきの秘密ひみつを紹介しょうかいしました！

はると

毎日まいにち飲のんでいる水みずに、こんなにたくさんのスーパーパワーがあったなんてぜんぜん知しらなかったよ！次つぎに冷つめたい水みずを飲のむときは、氷こおりやすき間まをじっくり観察かんさつしてみるぞ！

ひまり

ふふ、身近みぢかな不思議ふしぎに目めを向むけると科学かがくがどんどん楽たのしくなるわね。観察かんさつもいいけれど、今日きょう出だされた理科りかの宿題しゅくだいも忘わすれずに終おわらせましょうね！

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