Q. 氷はなぜ水に浮きますか？ A. 水が凍ると水素結合が正四面体的なかご構造を作り、分子の詰まり方が粗くなります。その結果、氷の密度は約0.92g/cm³と水の約8%低くなり、浮きます。同じ理由で、水道管の中の凍った水は管を内側から押し広げて破裂させます。
Q. 市販の氷はなぜ透明で、家の製氷皿の氷は白いのですか？ A. 家庭の氷は容器の外側から凍るため、空気とミネラルが中央に押し込められ、微小な気泡が光を散乱して白く見えます。ぬるめると表面の白い霜層が溶けて透明感が増します。市販の透明氷は水を流動させながら一方向に凍らせ、気泡を逃がしています。
Q. 水はなぜ約4℃で密度が最大になるのですか？ A. 普通の熱収縮に加え、冷えると水素結合によるすき間の多い配置が増える効果が働くためです。通常の圧力の純水では約3.98℃で密度が最大となり、そこから0℃へ冷えると逆に膨張します。同じ水の質量自体が増減するのではありません。十分深い淡水の湖では、4℃より冷えた水が表面にとどまりやすく、表面から凍る一方で底の水が約4℃に保たれることがあります。
Q. 汗をかくとなぜ涼しく感じるのですか？ A. 汗が蒸発するとき、皮膚や周囲から蒸発熱を受け取るからです。蒸発熱は温度によって変わり、皮膚に近い温度では水1gあたり約2400Jです（100℃では約2260J/g）。汗は出るだけでなく、蒸発することが冷却に重要です。湿度が高いと蒸発しにくく、滴り落ちる汗の分まで同じ冷却効果があるわけではありません。
Q. 熱い蒸気で重いやけどになるのはなぜですか？ A. 同じ質量・100℃で比べると、水蒸気は皮膚上で液体へ凝縮するとき約2260J/gの熱を放出し、できた水が冷えるときにも熱を渡します。一方、白く見える「湯気」はすでに凝縮した小さな水滴で、気体の水蒸気そのものは透明です。熱傷の程度は温度・量・接触時間などにもよります。やかんや蒸し器の吹き出し口には手や顔を近づけません。
Q. 路面の凍結に塩をまくとなぜ溶けるのですか？ A. 表面の水に塩が溶けると凝固点が下がり、0℃未満でも氷が溶ける条件ができます。塩化ナトリウムと水の系では、特定の濃度で液体が存在できる下限（共晶温度）が約−21℃です。ただし実際の融雪効果は気温・濃度・溶ける速さなどに左右され、−21℃まで常に有効という意味ではありません。塩化カルシウムも用いられ、水に溶ける際の発熱が融雪を助けます。
Q. 熱したフライパンの上で水滴がコロコロ転がるのはなぜですか？ A. 面が十分に高温になると、水滴の下に蒸気膜ができ、蒸気のクッションで水滴が支えられます。ライデンフロスト効果といい、蒸気膜が熱の伝わりを妨げるので水滴が比較的長く残ります。発生温度は表面の材質や粗さなどで変わり、175℃という一定値ではありません。ライデンフロストによる記述は1756年です。空だきや高温の油への注水による実験は危険なので行いません。
Q. 冷たいコップの外側に水滴がつくのはなぜですか？ A. 空気が含めることのできる水蒸気の量は温度で決まり、冷やすと限界（飽和水蒸気量）が下がります。コップの周囲の空気が露点以下に冷やされると、余分な水蒸気が液体に変わって付着します。これが結露で、グラスが濡れるのは空気が湿っている証拠でもあります。
Q. 同じ室温なのに、金属の手すりは冷たく、木の手すりは温かく感じるのはなぜですか？ A. 手より低い室温なら、熱をよく伝える金属に触れたときのほうが皮膚から熱が速く移り、接触部の皮膚温が下がりやすいからです。温冷感には皮膚の温度とその変化が関係し、相手の温度を直接測っているわけではありません。熱伝導率だけでなく熱容量や接触状態も影響します。手より熱い物では、逆に金属のほうが強く熱く感じられます。
Q. 鍋の取っ手はなぜ熱くなりにくいのですか？ A. 樹脂製の取っ手では熱伝導率の低い材質を使い、形や接続部も工夫して鍋から伝わる熱を減らしています。固体では原子の振動などが熱を伝え、金属では自由電子も大きな役割を持ちます。ただし金属製の取っ手や炎が当たった取っ手は高温になるので、素手で触れて安全とは限りません。
Q. お湯はなぜ沸騰すると100℃から上がりにくいのですか？ A. 一定の圧力で純水が沸騰している間、水に伝わる熱は主に気化に使われ、液温はほぼ沸点に保たれます。周囲への放熱もあるので、火からの熱がすべて気化に使われるわけではありません。標準大気圧では約100℃、富士山頂では天候にもよりますが約87℃です。圧力鍋では内部の絶対圧が約2気圧なら約120℃になります。水がなくなった後も容器の温度が一定という意味ではありません。
Q. 満水のペットボトルを冷凍庫に入れてはいけないのはなぜですか？ A. 水は凍ると密度が下がるぶん体積が約9%増加します。500mLなら約45mLの膨張で、容器の変形・破裂につながります。ガラス瓶なら割れて危険です。少し中身を減らせばどの容器でも安全、というわけではありません。冷凍対応と表示された容器を使い、指定の充填量・使い方を守ります。
Q. 魔法瓶はなぜお湯が冷めにくいのですか？ A. 熱の移動を小さくする構造だからです。二重の壁の間を真空に近づけると気体による伝導・対流が抑えられ、鏡面は赤外線による放射のやり取りを減らします。ただし口やふたなどを通じた熱の移動は残り、完全な断熱ではありません。真空容器は1892年にジェームズ・デュワーが低温実験用に考案し、デュワー瓶とも呼ばれます。
Q. 冬の乾燥した日は洗濯物がよく乾くのはなぜですか？ A. 空気1m³が保持できる最大の水蒸気量（飽和水蒸気量）は温度で急激に変わります。0℃で約4.8g/m³に対し30℃では約30.4g/m³です。暖房された室内は水分を受け入れる余地が大きいうえ湿度が低いので、衣服からの水の蒸発がどんどん進みます。
Q. 温泉卵はなぜ黄身が固まり、白身がやわらかいのですか？ A. 卵には種類の異なるタンパク質があり、凝固は一つの温度で一斉に起こりません。卵白の一部は60℃台で変性し始めますが、主成分のオボアルブミンは80℃台で大きく変性します。卵黄は65〜70℃前後でとろみが増すため、この範囲で加熱すると白身をやわらかく残せます。仕上がりは時間や卵の大きさでも変わり、半熟卵では殺菌が十分とは限らないので衛生にも注意が必要です。
Q. 雪を踏むとキュッキュと音がしますが、あの音の正体は何ですか？ A. 雪粒の間の摩擦や、粒・粒同士の結合が荷重で壊れることで音が生まれます。低温で乾いた雪ではきしむ音が目立ち、0℃に近い湿った雪とは聞こえ方が変わります。粒の形や雪の締まり方にも左右されます。氷点下でも粒同士は焼結という過程で結び付くため、「氷点下ではくっつかない」という説明は正しくありません。