小学校4年生の理科で「物の体積と温度」という教材があります。つまり、温度によって「個体」「液体」「気体」に変化するという「三態変化」を学ばせるものです。 さて、ここで問題です。 水が氷になると、体積は増えるでしょうか? それとも減るでしょうか? 答えは「増える」です。でも、考えてください。これっておかしくないですか? 次の図は「固体」「液体」「気体」の時の様子をあらわしたものです。今回は、小 … 小3息子に生理ナプキンについて質問されました。生理を説明するにはどうしたらいいの?, 勉強を楽しくおもしろくする工夫がいっぱい! 塾や企業のオンライン学習が盛り上がっている, リーダーシップを取りたがる小2の娘。友達関係がうまくいっていないよう、どうすればいい?. 科学において、物質の状態を変化させたとき想像もしないような現象が発生することがあります。, 例えば、身近な液体である水が蒸発して水蒸気になった場合には、非常に体積が大きくなることを知っていましたか?「多くて数倍程度かな?」とイメージしていますが、それよりも全然大きな倍率となっています。, ここでは、計算式を用いて「水から水蒸気に変化するとその体積が何倍になるのか」ということについて確認していきます。, まず結論から言ってしまうと、通常の圧力下で水が水蒸気に変化するときには体積は約1700倍となります。, このとき、水の密度1g/cm3と気体の状態方程式PV=nRTを使用することで、水と水蒸気の関係を導出できます。, 例えば、水が100mol分あるとします。水の分子量を18g/molで温度変化してもほぼ一定であることを活用しますと、このとき1800g分の水が存在することになります。, さらに、水の密度は1g/cm3であることから、100molの水は1800cm3=1.8Lの体積の水に相当することがわかります。, 続いて、水は約100℃で沸騰、蒸発し、水蒸気に変化することを考え、気体の状態方程式を利用します。, このとき、大気圧下なのでP=1atm、V=XL、n=100mol、R=0.0821 atm・L/(mol・K)、T=273+100=373Kという数値を代入していきます。, すると、1・x=100・ 0.0821 ・373 よりx=3062.33Lの水蒸気が生まれることになります。, よって、3062.33 ÷ 1.8 = 1701.・・・=約1700倍と変換できるのです。, なお、水蒸気と似た言葉である蒸気との違いについてはこちらで解説しているため、参考にしてみてください。, ここでは、大気圧(1atm)で水が蒸発し水蒸気となったときには体積が何倍になるのかということについて解説しました。, この倍率を考えるには、まず水の物質量を指定し、その体積を計算しておきます。続いて、気体の状態方程式(PV=nRT)を利用し、気体になった場合の水蒸気に体積も求めるのです。, そして、気体(水蒸気)と水の体積を比較するとおよそ1700倍となることがわかるのです。, 数値を覚えるというよりも、この計算方法自体を覚えておくといつでも計算できるため、おすすめです。, アラサーの男性です。自分が今まで経験・勉強してきた「エクセル」「ビジネス用語」「生き方」などの情報を、なるべくわかりやすく、楽しく、発信していきます。 Copyright © 2020 kodomoliving Inc. All rights reserved. 1980年、埼玉大学教育学部を卒業後、埼玉県の小学校教諭として28年間勤務。 水の密度は一般的に1.0g/cm 3 (厳密には0.99997)ですが、これは水の温度が4℃のときの密度です。水の密度の詳細は下記が参考になります。 水の密度は?1分でわかる値、単位とg/cm 3 、4℃での密度. 白梅学園大学子ども学部子ども学科教授。 まず結論から言ってしまうと、 通常の圧力下で水が水蒸気に変化するときには体積は約1700倍となります 。 結構びっくりな数値ではないでしょうか? 「笑う子育て実例集」(カンゼン)、「『ホンネ』が響き合う教室」(ミネルヴァ書房)など、著書多数。. 新刊「『いじめ・自殺事件』の深層を考える-岩手県矢巾町『いじめ・自殺』を中心として-」(本の泉社、1620円)発売中。, 増田修治先生  若手の小学校教諭を集めた「教育実践研究会」の実施や、小学校教諭を対象とした研修の講師なども務めている。 水が蒸発し水蒸気になると体積は1700倍近くになる. 「非認知能力」を育てるための一番のポイントは「不思議だな」「どうしてだろう?」と感じたり、考えたりするように促すことです。今回は「あたり前を疑う」ということを中心に考えてみたいと思います。, 小学校4年生の理科で「物の体積と温度」という教材があります。つまり、温度によって「個体」「液体」「気体」に変化するという「三態変化」を学ばせるものです。, 次の図は「固体」「液体」「気体」の時の様子をあらわしたものです。今回は、小学校で学ぶ形での図にしておきます。, 「液体」を中心に考えてみましょう。「液体」は、分子同士がゆるやかにつながっている状態です。「液体」が冷やされて、分子同士がくっつくと「固体」になります。「液体」を熱し続けると、分子の間の引力が切れて、「気体」になるのです。, 私は、子ども達に「水が、氷(個体)、水(液体)、水蒸気(気体)になっている時には、水のツブはどんな状態だと思いますか?」と問いかけ、子ども達に絵を描いてもらいました。, 子ども達はそれぞれ、さまざまな絵を描いていましたが、それらの絵をもとに話し合った結果、「氷は、水のツブが近くに寄ったもので、僕たちが押しくらまんじゅうをするような感じ」「水蒸気は、水のツブが離ればなれになってしまう感じで、勝手に出かけちゃう感じ」と、まとまっていきました。, さて、ここで子ども達から疑問が出てきました。「水が氷になるということは、水のツブがくっつくことだ。それなのに、かさが増えるのはおかしいのではないか?」というものでした。, 確かに、液体から気体になったのですから、氷になった時に体積が増えるのは、理屈に合いません。私は、理屈や基本的な考え方からはずれていることについては、必ず疑問をもち、質問することを教えていましたから、子ども達は「そうだ! おかしいぞ!」「なんでだろう?」と首をかしげます。, ここで、そのことを実験で証明しようとしても、小学校の段階ではムリです。そこで、私が「世界中で、水だけが特別な凍り方をするのだよ。雪の結晶の写真を見たことがあるでしょう。六角形をしているよね。あんな形で、間を広げるように水のツブがくっつくのだよ」と、説明しました。, すると子ども達から、またまた質問です。「どうして、氷だけそんな凍り方をするの?」これ以上は、中学校の理科や、分子結晶の問題になってしまうので、説明してもわからないだろうと考えました。そこで、「そうだね~。どうしてだろうね~。不思議だね~」と、疑問を残す形で終わらせたのです。, 実際に、水は基本的にはH2Oという水素原子2個と、酸素原子1個が結びついた分子という小さな塊でできています。結果的には、次の図のような形で、水の分子がくっつきあうのです。, もし水が、ほかの物質と同じ凍り方をしたらどうなるでしょうか。そうなると比重が重くなり、氷になったそばから沈んでしまうのです。, 私は、「水のツブがくっつきあったら、重くなってしまうよね。そうすると、湖や海が凍るそばから、できた氷が沈んでいくよね。そうなると湖などに、どんどん氷が沈んでいって、湖の生き物はみんな死んでしまう。だから氷は水の上に浮いているでしょう。水の中の生き物を守るために、そんな凍り方をするのだね」と話をしました。, 「そうなんだ。そんなことは、誰が決めたの?」と質問してきた子どもに、「不思議だよね。生命を守るために、水がそんな凍り方をするなんて、神様のしわざとしか言いようがないほど、不思議だよね~」と話したのです。, 実際には、どうしてそのような凍り方をするかについては、かなりわかっているのですが、あえてそうした言い方をしたのです。子ども達は、自然の不思議さを感じ、理科が好きになると同時に、自分たちでさまざまな疑問を調べていくようになりました。, 以前に、「不思議さが『非認知能力』を育てる」ということをお伝えしました。子どもの「非認知能力」を育てていくためにも、家庭で不思議だなと思ったことを、一緒に考え合ってみてください。今回の水の話をしてもよいと思います。, 余談ですが、「水は氷になると体積が増える? それとも減る?」と大人に聞いたことがあります。ほとんど全員が、「増える」と答えます。理由は「小学校でそう習ったから…」だそうです。小学校の学びのインパクトが大きかったのですね。, でも、ここで紹介したような水の分子の話をすると、「確かに不思議だよね」とつぶやくのです。不思議さのなぞに迫るなんて、ドキドキする行為でしょう、そう思いませんか。, 【新刊】