タジマ エンジニヤスーパーHSP50 HSP-50

　水は生命を支える重要な化学物質であり、日常生活の中で気体、液体、固体の三態を見ることができる数少ない物質でもあります。その中で水を冷やして氷を作ることは誰もが経験しているでしょう。
ところで、水は何℃で凍りますか？

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• きれいに洗った500 mLペットボトル
• 非接触式の温度計（あると実験が楽になります）
• 水道水
• 金属ボウル

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　ペットボトルの半分くらいまで水を入れ、冷凍庫で冷やします。非接触式の温度計があれば、一定の時間毎に温度を測ってみましょう。

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　薄く氷を張った金属ボウルに実験1と同様にして作った0℃以下の水を垂らしてみましょう。氷の上に落ちた水が次々と凍り、シャーベットが積み上がっていきます。

　この写真や映像は-1～-2℃程度なので氷になりきれなかった水がたまっていますが、もっと温度を下げることができれば綺麗なシャーベットの柱を作ることができます。

解説

　水をゆっくりと冷やしていくと、温度が0℃以下になったにもかかわらず液体状態のままであることがあります。これを過冷却といい、水が凍ろうとしているのですが、きっかけがつかめず、液体のままでいる状態なのです。過冷却は不安定な状態なので、何らかの刺激を受けると安定な氷になります。一度氷ができると、それも新たな刺激になって一斉に凍っていきます。

　実験１は過冷却状態の水に衝撃という刺激を与えた結果です。水がペットボトルの壁にぶつかる衝撃で一斉に氷になろうとするため、一瞬でシャーベット状に変わるわけです。この実験は、ペットボトルを時々冷凍庫から取り出して振ってみて、凍らなかったらまた冷凍庫に戻せば何度でも挑戦できます。

　実験２は次々に滴下される過冷却状態の水がその刺激で凍っていく現象です。失敗すると準備からやり直しとなるため、ちょっとだけ難易度が高いです。ボウルの底面にあらかじめ氷を作っているのは、実験の間ボウルの底面の温度を0℃以下に保つためで、よく冷えた肉厚のボウルで素早く実験を行うのであれば必要ありません。この実験を行う時は２本のペットボトルを用意し、１本で実験１を行って過冷却状態であることを確認してから２本目で実験２に挑戦、と段階を踏むのが良いでしょう。

おわりに

　水は0℃でも凍らないことがある、というのがこの実験の結論です。ただし、これは過冷却という特殊な状態であって、水の凝固点（物理学的に水が凍る温度）は0℃で間違いありません。

　水にはまだまだ知られていない特性がたくさんあり、今でも多くの研究者が研究を続けています。このおもしろ科学実験室でも水についての実験がいくつかありますが、この過冷却の実験を含めて水の持つ特性のごく一部に過ぎません。これからも、新しい水の特性を発見した！というニュースが世界を賑わすでしょう。