はじめての理科でも安心して読めるように、水が氷になる理由（凝固）、氷・水・水蒸気の三つのすがた（状態）、おうちでできる実験、自由研究のまとめ方まで、写真がなくてもイメージできる言葉でくわしく解説します。
さらに、安全のポイント、生活の知恵、地球環境との関係、Q&A、用語辞典、チェックリストも完備。これ1本で“水と氷”の学びが丸ごとわかります。
1．水はなぜ冷やすと氷になる？――温度と分子の関係をやさしく
1-1．水ってどんな物質？
水はH₂Oという物質で、目に見えないほど小さな「水の分子」がたくさん集まってできています。川・雨・海・雪・雲・ジュース・お風呂・汗・涙、そして体の中（血液や細胞）にも水があります。水は地球の表面の約7割をおおい、私たちの体の半分以上も水でできています。
1-2．温度が変わると分子の動きがどう変わる？
- 温かいほど分子は元気に動き回る（ぶつかり合い、すき間が広がる）
- 冷たいほど分子はゆっくりになり、近づいてならびやすくなる
- 分子どうしは引き合う力をもち、温度が下がるときちんと整列しやすくなる
たとえ：みんなが校庭で自由に走り回る＝あたたかい水。合図で手をつないでまっすぐ整列＝氷。ならび方が変わると、うごき方も変わります。
1-3．氷になる瞬間（凝固）で何が起きる？
水を0℃より下に冷やすと、分子はおたがいに引き合って規則正しく並び、すべらない固い形（結晶）になります。これが氷。氷の結晶は基本的に六角形（ろっかっけい）の骨組みで、雪の結晶も同じ仲間です。ならぶときに少しすき間ができるので、氷は水より体積がふくらみ、軽くなって浮くのです。
1-4．0℃でも凍らない？――過冷却（かれいきゃく）
とても静かに冷やすと、0℃でも結晶の「作りはじめ（核）」ができず、液体のままのことがあります。ここに衝撃を与えたり、氷のかけらを入れたりすると、一気にシャッ！と凍ります。これが過冷却です。
2．状態変化をぜんぶ理解！――凝固・融解・蒸発・凝縮・昇華・析出
2-1．氷がとける（融解）
氷に熱が加わると分子が再び動き出し、固体→液体へ。コップの氷がとけて水が増えるのは融解です。氷を溶かすには、まわりから熱（エネルギー）をもらう必要があります。
2-2．水が湯気になる（蒸発・沸騰）
水が温められると、表面の分子が飛び出して気体（=水蒸気）になります。これが蒸発。100℃になるとブクブク泡が出る**沸騰（ふっとう）**になり、はげしく気体に変わります。洗濯物が乾くのも蒸発が進むからです。
2-3．空気中の水蒸気が水にもどる（凝縮）
冷たいコップの外側につく水滴は、空気中の水蒸気が冷やされて液体にもどる凝縮です。冬の窓のくもり、やかんのフタの水滴も同じ仕組み。
2-4．氷が直接きえる／霜ができる（昇華・析出）
冷凍庫の氷がだんだん小さくなるのは、氷が固体→気体へ直接変わる昇華。逆に、空気中の水蒸気が液体にならずいきなり**氷（霜）になるのは析出（せきしゅつ）**です。
ポイント：氷・水・水蒸気は中身は同じ水。変わるのは温度と分子のならび・動きだけ！
3．三つのすがたをくらべよう――見た目・性質・暮らしの例・実験のネタ
3-1．三態変化（さんたいへんか）の全体像
- 固体（氷）：形が決まっている／冷たい／流れない／押すと硬い
- 液体（水）：形が自由に変わる／さらさら流れる／入れ物の形になる
- 気体（水蒸気）：目に見えない／広がる／湿度として感じる
3-2．暮らしの中の三態変化コレクション
- 氷：冷凍庫の氷、池のこおり、かき氷、アイス、氷砂糖
- 水：水道水、雨、川や海、お風呂、スポーツドリンク、体の中の血液
- 水蒸気：やかんの湯気、霧、雲、加湿器、湯気で見えたドラマのオープニング（想像しやすい例）
3-3．氷と雪のちがい
どちらも固体の水ですが、雪は空気中でできた小さな結晶がふわっと集まったもの。氷は水がまとまって凍った板や塊。結晶の大きさ・空気のふくみ方で見た目や手ざわりが変わります。雪の結晶は六角形で、同じ形は二つとないと言われています。
3-4．氷はどうして浮くの？
氷の六角形の骨組みにはすき間があるため、同じ重さでも体積が大きい＝密度が小さい→水に浮くのです。これにより、冬でも池の水は下のほうで液体のまま残り、魚たちが生きのびられるのです。
4．おうちでできる！観察・実験アイデア（安全ポイントつき）
ぜったいに守る：火・熱湯・ガラス容器・ナイフ・ドライアイスは必ず大人と一緒に。こぼれてもOKな場所で行い、手や机をぬらしてもよい準備を。
4-1．温度でくらべる実験（基本）
1）同じ量の水を2つのコップに入れ、片方は冷蔵、もう片方は冷凍へ。
- 0℃に達する時間、凍るまでの時間を温度計とタイマーで記録。
2）水・砂糖水・食塩水を同条件で冷やし、凍り始める温度を比較（氷点降下を体感）。
4-2．過冷却に挑戦（発展）
ペットボトルの水を静かに0℃付近まで冷やし、テーブルにコツンと置いたり、氷のかけらを入れたりして一気に凍るようすを観察。必ずトレーの上で安全に。
4-3．氷の結晶を観察（アート×理科）
薄く広げて凍らせた色つきの氷を虫めがねで観察。六角形の枝分かれ、気泡、溶けはじめの角から崩れる様子をスケッチ。光を当てて虹色が見えるかもチェック。
4-4．塩で氷がとける速さを調べる（生活の知恵）
同じ大きさの氷に食塩／砂糖／何もなしをふりかけ、溶け終わる時間をくらべる。道路の凍結防止、アイスクリーム作りの理屈がわかる。
4-5．「ジュースは水より早く凍る？」を検証（自由研究むけ）
水・100%ジュース・炭酸飲料を同条件で冷凍。凍り始める時刻・完全に凍るまでを測る。砂糖や炭酸の有無が氷点にどう影響するかを考察しよう。
4-6．結露（けつろ）観察とマップ作り
冷えたコップ、ペットボトル、金属スプーン、プラスチックなど材質違いで結露の量を比較。どれがいちばん水滴が多い？ できた水滴の大きさの変化も写真で記録。
自由研究のコツ：条件（量・温度・時間・容器・置き場所）をそろえる／写真・表・グラフで見える化／結果だけでなく**なぜ？**を自分の言葉で書く／失敗も立派なデータ！
5．暮らし・地球・安全の知恵――氷と私たちのくらしはこうつながる
5-1．身近な“氷の知恵”ベスト5
1）ジュースをすぐ冷やす：氷＋少量の水＋塩で温度がグンと下がる（氷点降下）。
2）お弁当を守る：保冷剤は溶けるときに周りの熱をうばい続けるので、ゆっくり冷たさが長持ち。
3）霜取りのなぞ：冷凍庫の霜は析出。こまめに取りのぞくと電気代が節約できる。
4）洗濯物の乾き：風通しと広げ方で蒸発が進み、早く乾く。
5）アイスはなぜとけてベタベタ？：融解で水分が出るので、カップで受けると掃除が楽。
5-2．自然のなかの氷（地球規模）
- 極地の氷床：南極・北極の大きな氷は、昔の空気や気温の情報をとじこめた地球の記録帳。
- 氷河：山の雪がかたまり、とてもゆっくり流れる大きな氷の川。地形をけずってU字谷を作る。
- 海氷：海の水が凍った氷。溶け方は生き物のすみかや海の温度にも影響。
5-3．安全メモ（必ず読もう）
- 氷の上はのらない：池や川の氷は厚さや流れで急に割れることがある。
- ガラス容器の急冷・急加熱はNG：割れてけがの原因。耐熱を使い、急な温度変化をさける。
- ドライアイスは大人と：素手でさわらない。密閉容器に入れない（爆発の危険）。
6．三態変化 まるわかり表（保存版）
| すがた | なまえ | 温度のめやす | 特徴 | 暮らしの例 |
|---|---|---|---|---|
| 固体 | 氷 | 0℃以下 | 形がある／冷たい／流れない | 冷凍庫の氷・池の氷・かき氷・雪 |
| 液体 | 水 | 0～100℃ | 流れる／形が自由 | 水道水・雨・川・お風呂・ジュース |
| 気体 | 水蒸気 | 100℃以上* | 目に見えない／広がる | 湯気・霧・雲・加湿器 |
| 固体→液体 | 融解 | 氷がとける | 熱をうけて液体に | コップの氷がとける |
| 液体→気体 | 蒸発／沸騰 | 水が気体に | 温度や風で進む | 洗濯物が乾く・やかんの湯気 |
| 気体→液体 | 凝縮 | 湿気→水滴 | 冷やされて液体に | コップの結露・窓のくもり |
| 固体→気体 | 昇華 | 氷が直接きえる | 低温・乾燥で進む | 冷凍庫の氷が小さくなる |
| 気体→固体 | 析出 | 霜ができる | 液体にならず固体に | 冬の草や窓の霜 |
圧力で変わります。やかんの*「白い湯気」は微小な水滴で、本当の水蒸気は無色透明**です。
7．自由研究テンプレート（そのまま使える）
7-1．研究テーマの例
- 「食塩の量で氷のとけ方はどう変わるか」
- 「ジュースは水より早く凍るのか」
- 「材質で結露の量に差はあるか」
- 「過冷却水はどんなきっかけで凍るか」
7-2．記録ノートの型
1）目的：何を知りたい？ 予想は？
2）方法：用意したもの／条件（量・温度・時間）／手順
3）結果：写真・表・グラフ・気づきメモ
4）考察：なぜそうなった？ 予想とくらべてどう？
5）まとめ：わかったこと・次に試したいこと
6）安全：気をつけた点／失敗したらどうする？
7-3．グラフの選び方
- 時間のちがい→折れ線グラフ
- 量のちがい→棒グラフ
- 割合→円グラフ
8．よくある勘違いをスッキリ！
- 「氷は冷たさの“もと”」→×：氷そのものが冷たいのではなく、とけるときに周りの熱をうばうから冷たく感じます。
- 「湯気＝水蒸気」→△：白く見える湯気は水滴。水蒸気そのものは透明。
- 「雪はふわふわだから水と違う物質」→×：どちらもH₂O。形（結晶）と空気の入り方がちがうだけ。
9．Q＆A（もっと知りたい！）
Q1．0℃なのに凍らないことがあるのは？
A．過冷却です。静かに冷やすと結晶の作り始め（核）ができず、0℃でも液体のまま。衝撃や不純物で一気に凍ります。
Q2．塩をかけるとなぜ氷が早くとける？
A．氷点降下。塩がとけると水の性質が変わり、凍り始める温度が下がるため、今の温度では「溶けやすい」状態になります。
Q3．氷はどうして水に浮くの？
**A．六角形の結晶にすき間ができ、体積がふくらむ→密度が小さくなるため。氷山の多くは水面下にかくれているけれど、全体としては水より軽いので浮かびます。
Q4．湯気はなぜ白く見えるの？
A．本当の水蒸気は無色。 白いもやは、冷えて細かな水滴になったものが光を散らすから。
Q5．気圧が変わると沸騰の温度は変わるの？
A．変わります。 高い山では気圧が低く、100℃より低い温度で沸騰します。
Q6．冷凍庫で作る氷が白くにごるのは？
A．空気の泡や不純物が結晶の間に入るから。ゆっくり凍らせたり、一度沸かして空気をぬいた水を使うと、透きとおりやすいです。
10．用語ミニ辞典（小学生むけ）
- 分子（ぶんし）：ものを作る、とても小さなつぶ。水の分子はH₂O。
- 結晶（けっしょう）：分子がきれいに並んだ固体の形。氷や雪の六角形が代表。
- 凝固（ぎょうこ）：液体が冷えて固体になること。水→氷。
- 融解（ゆうかい）：固体が熱で液体にもどること。氷→水。
- 蒸発（じょうはつ）：液体の表面から分子が飛び出して気体になること。
- 沸騰（ふっとう）：液体の中でも気体がぶくぶく生まれる状態。
- 凝縮（ぎょうしゅく）：気体が冷えて液体にもどること。結露（けつろ）。
- 昇華（しょうか）：固体が液体にならずに直接気体になること。
- 析出（せきしゅつ）：気体が液体にならずに固体になること（霜）。
- 氷点降下（ひょうてんこうか）：塩などがとけると凍る温度が下がる現象。
11．チェックリスト（学びが身につく！）
- 氷・水・水蒸気のちがいを説明できる
- 融解・凝固・蒸発・凝縮・昇華・析出を言葉で説明できる
- 結露ができる理由を身近な例で話せる
- 「氷が浮く理由」を友だちに教えられる
- 自由研究の目的・方法・結果・考察を書ける
- 実験の安全ポイントを守れる
12．まとめ
水が氷になるのは、温度が下がって分子が規則正しく並ぶから。 氷・水・水蒸気は同じ水でも、温度と分子の動き方によって性質が変わります。家の冷凍庫、コップの結露、外の霜や雲――身近なところで三態変化は毎日おこっています。
観察・実験・記録をくり返すと、自由研究でも大きな差がつきます。今日から温度・時間・見た目をメモする習慣をはじめて、自然のふしぎを自分の言葉で発見しよう！
