Name: Freezing water expands. What if you don't let it?
Uploaded: 2026-04-01T17:29:45.000Z
Duration: 3 min 14 s
Description: VoiceTubeの動画で発音を聞きながら英語表現を覚えよう！

水が凍るとき、体積は増えます。

That's why ice floats and why cans and jars bulge or explode in the freezer.

だから氷は浮き、冷凍庫の中の缶や瓶は膨張したり破裂したりするんですね。

基礎受動態

On the other hand, when water is compressed, it melts.

一方、水を圧縮すると、水は融けます。

An ice cube that's 4°C below freezing can withstand around 500 times atmospheric pressure before it'll melt,

凍結点より4℃低い氷の塊は、融けるまでに大気圧の約500倍の圧力に耐えられますが、

So, if when you freeze water it expands and when you compress it it melts, what happens if you try to freeze it while it's compressed?

ということは、水を凍らせると膨張し、圧縮すると融けるなら、圧縮した状態で凍らせようとするとどうなるのでしょうか？

Like, what if you cool water below 0°C inside a super-strong pressure vessel that can't bulge or stretch?

例えば、膨張したり伸びたりできない超強力な圧力容器の中で、水を0℃以下に冷やしたらどうなるでしょう？

If the water is liquid, it's not under pressure, so below 0°C it should freeze.

もし水が液体なら、圧力はかかっていないので、0℃以下では凍るはずです。

But if it's frozen, it expands, creating pressure, and so it should melt.

でも、凍ると体積が増えて圧力が生じるので、融けるはずです。

つまり、融けるはずですよね。

The pressure that causes melting is being generated by expansion that requires being frozen.

融解を引き起こす圧力は、凍結を必要とする膨張によって生み出されています。

It seems we've arrived at a paradox—if by paradox you mean phase diagram.

これはパラドックスに陥ったようですね。パラドックスとは、フェーズダイアグラムのことです。

You know, those pictures that tell you the phase of matter for a substance, whether it's a solid, liquid, or gas, for different combinations of temperature and pressure.

ご存知のように、物質が固体、液体、気体のどれになるかを示す図で、温度と圧力の組み合わせによって決まります。

On the phase diagram for water, you can see here that at normal atmospheric pressure, when you cool water down, it goes from a liquid to a solid—as you'd expect.

水のフェーズダイアグラムを見ると、ここで、通常の大気圧では、水を冷やすと液体から固体になることがわかります。予想通りですね。

And at -4°C and atmospheric pressure, water is frozen solid,

そして、-4℃と大気圧では、水は完全に凍っています。

but if you increase the pressure, the solid water goes back to a liquid.

しかし、圧力を上げると、固体の水は液体に戻ります。

So what if you don't let the water expand when it freezes?

では、凍るときに水が膨張しないようにしたらどうなるでしょうか？

Well, when water's below 0°C, it wants to freeze,

さて、水が0℃を下回ると凍りたがりますが、

but only some of it can because any bits that freeze expand, which pressurizes the container and eventually the pressure builds up enough to keep any more liquid water from freezing at that temperature.

凍った部分が膨張するため、容器が加圧され、最終的にその温度でそれ以上液体が凍らないほどの圧力がかかります。

On the phase diagram, we follow the line between liquid and solid in the direction of colder temperature and higher pressure.

フェーズダイアグラムでは、液体と固体の間の線に沿って、より低温でより高圧の方向へ進みます。

If you cool the container even more, then slightly more bits of water will be able to freeze and expand, until the pressure again builds up enough to keep any more liquid water from freezing.

容器をさらに冷やすと、さらに多くの水が凍って膨張できるようになり、再びそれ以上液体が凍らないほどの圧力がかかります。

そして、このようになります。

The colder you make the container, the higher the percentage of ice, and

容器を冷たくするほど、氷の割合が高くなり、

the higher the pressure in the container.

容器内の圧力も高くなります。

This graph shows the percentage of ice versus liquid when you cool a fixed volume of water to different temperatures—and I've labeled the pressures that are generated at each temperature, too.

このグラフは、一定量の水をさまざまな温度に冷やしたときの氷と液体の割合を示しており、各温度で発生する圧力もラベル付けしました。

As for whether the container ever completely turns to ice?

容器が完全に氷になることはあるのでしょうか？

Well, looking at the phase diagram again, we see that once the temperature is low enough and the pressure high enough, the remaining liquid water can freeze into a different phase of ice called ice 3.

さて、フェーズダイアグラムをもう一度見ると、温度が十分に低く、圧力が十分に高くなると、残りの液体はアイス3と呼ばれる別の相の氷に凍ることができることがわかります。

And ice 3 contracts and becomes denser when it freezes, creating more space and allowing the entire container to freeze solid—though some will still be our normal ice, called ice 1h,

そして、アイス3は凍るときに収縮してより高密度になるため、より多くの空間が生まれて容器全体が固体になることができます。ただし、その一部は通常の氷、つまりアイス1hになり、

So, there is no paradox: the phase of water, it turns out, can be non-binary.

ですから、パラドックスはありません。水の相は、結局のところ、非二元的になりうるのです。

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