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おしえて!専門家

2024/05/30 08:24

解決済み 過冷却液体の仕組みについて

過冷却液体として水が存在できるのはなぜ?と中学1年生の子から質問されてしまいました。
まだエネルギーの概念(準安定とか)も教わっておらず、原子、分子なども学習していません。
そういった子どもに過冷却液体ってどういう仕組みなのか、説明するとしたら、どんな説明をしますか??

関連して、何かの現象について厳密さを抑えて分かりやすさを選んだ説明を子供にした経験があれば、教えてほしいです。^ ^

ベストアンサー

ふらいぱん
2024/06/01 20:16

すっごい高度なことに興味をもったのですね。ちなみに過冷却ですが。コロナワクチンを運ぶ時の入れ物に使う冷媒、過冷却が起こらないようにしないといけなくって(起こると温度変わっちゃうのでね)、それが起こらないようにする技術、「なかなかの難題」なんだそうです。

で。なかなか簡単な説明、ってのもむつかしいのですが。
レゴブロックをバケツ(基本セットについてますよね)にざらざら入れると。あっちこっちすきまができるので、高さは結構高くなります。この状態が液体。「冷やす」ってのでは「あんましそれが動かない」ので、高さはそのまんま(ブロックでは説明しがたいけど)。温度だけが下がっていくことになります。融点より低い温度まで(これが「過冷却」)。でも、バケツを横からとんとんたたくと「ブロックが互いに崩れて」一気に詰まり、高さが低くなります。これが結晶化。実際の結晶化でも、ある程度のところまで似たようなことが起こってて、「つっつく」とか「かき混ぜる」ことで、分子の位置が互いにかわり、一気に結晶化が進む、なんてことになります。
それほどいいたとえではないのかもですけど(笑)。本質に近いところはついているのでは(ついてないか・・・)。

たいていの液体では、結晶化で「詰まる」が起こるため、いわゆる「密度」が大きくなるのですが、水の結晶、って「構造が特殊だったりする」ので、元の液体より密度が小さい、っていう、とってもへんてこな性質を持っていたりします(なので、氷、って水に浮くのですね)。

3 件の回答 (新着順)
雨堤俊次 バッジ画像
2024/06/01 15:39

結局のところ、その状態で直接過冷却がなぜ起こるかを教えるのは不可能です。ですので、分子の概念や活性化エネルギーなどの概念を簡単に教えてから、改めて話をするしかないと思います。

ヲったん バッジ画像
2024/05/31 09:14

質問自体が既に高度なので下記サイトの内容が理解できると推察します。
氷になるためには最初の氷の塊を作る力が必要で、水をゆっくりゆっくり、静かに冷やすと力がそおっとそおっとしかかからないから氷の塊ができない。そのため過冷却液体としての水が存在できる。そこで水を揺らすとか強い力を加えると氷の塊が一気にできて瞬時に凍る。と理解しました。
液体が一瞬で凍る「過冷却」現象とは?|読んで得する知識集|福岡の学習塾・個別指導は筑紫修学館・わかるらいぶ : https://www.ganbari.com/knowledge/supercooling-phenomenon/

まりれん バッジ画像
2024/05/30 11:01

難しいですね・・・
https://www.honda.co.jp/kids/jiyuu-kenkyu/lower/20/page2/

この辺で私なら一緒に実験して、どーしたら凍るのか、どーしたら0度以下でも液体のままなのかとかやってみるかなぁ?とか。


しゅんす
2024/05/30 22:14

難しいですよね。。😅
確かに実験して感覚的に現象を捉えるのも方法の一つですね!
ありがとうございます😊