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氷に塩をかけた場合と砂糖をかけた場合？
子供の夏休みの実験ですが，氷に塩をかけた場合，砂糖をかけた場合，何もしない場合で，塩が一番早く溶けてしまい，砂糖は一番溶けにくいという結果でした．どうしてでしょう？
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こんばんは 砂糖でも塩でも水に溶かせば水の融点が下がります。これを凝固点降下と呼びます。 ０度で氷だったものに何かが溶けると、凝固点が下がって０度の水になります。 見た目は氷が溶けたようになります。 ただ融点が下がるには、溶けた粒子（分子やイオン）の数が重要です。 これをモル凝固点降下と呼びます。 1kgの水に１モルの粒子を溶かすと1.858度凝固点が下がります。 あとはこの割合で計算すればいいのです。 砂糖は分子が大きく（分子量342＝１モルの重さg ）、 塩は小さい（分子量58.5＝１モルの重さg ）なので 同じ重さにすると塩の方が６倍近く多くの粒子を含みます。 これは同じ重さならば塩の方がモル数が多いということです。 さらに塩は水に溶けると電離して数が２倍になります。 これは同じモル数ならば塩の方が粒子の数が２倍になるということです。 氷に同じ重さの塩と砂糖をかけてみた場合、塩は砂糖の１２倍の数の粒子を かけたのとおなじになりますから、凝固点もぐっと下がります。つまり０度 と凝固点の温度差は塩をかけた方が大きいということです。 凝固点から高い温度にある物の方が速く融けますから、塩の方が速く融けたのです。 おおざっぱな話で塩と同じ速度で氷が融けるようにするには１２倍の砂糖が 必要になるということです。でも、そんなにたくさんの砂糖をかけたらなん だかわからなくなりそうですね。
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- Bubuca
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meetball様 NaClで１分子とすれば、１モルの分子数は同じですが、イオンになると粒子数は異なると思います。 こちらはnemochan様のスレッドですので、質問は別に立てられる方がよろしいかと存じます。
- meetball
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Bubuca様、再度の説明ありがとうございました。 砂糖と塩では分子量が異なるため、同じ１molでの分子数が違う。砂糖と塩は水に溶かしたときに凝固点降下を引き起こす。凝固点降下は濃度の濃い（分子数の多い）ほうが起こりやすい。純粋な水は0℃で氷になる。モル濃度が上がるほど、凝固点が下がる。凝固点が下がるとは、氷分子の間に砂糖や塩分子が入りこんで水分子同士の水素結合を阻害することである。塩（NaCl)は、電離してイオンになるため２倍量になる。また、砂糖よりも分子量が小さいため、同じ重さだと砂糖よりも圧倒的に分子数が多い。だから、水凝固の阻害剤が砂糖よりも多い。だから、より速く氷中の水素結合がなくなるために砂糖より速く溶けた。 このような理解でよいでしょうか？
塩の方が砂糖よりも効率的に凝固点を下げるということはこれまでの回答のとおりです。 しかし、氷が融ける（これが正しいと思います。「解ける」は少々文学的であり、科学的ではないと思います。しかし、この「解ける」を使うのは、氷よりもむしろ雪の場合だと思います）理由に関しては異論があります。 食塩や砂糖の場合には、水に溶けるときの熱の出入りはさほど大きくないと思います。ここで、重要なのは氷の融解熱だと思います。 つまり、塩などをかけることによって、凝固点が下がり、塩がかかった氷は０℃では、氷のままでいられなくなります（凝固点降下のため、その温度では水になっているのが安定だから）。したがって、塩によって強制的に融かされてしまいます。 氷が融けるためには大量の熱を必要とします。したがって、融ける際に周囲から大量のエネルギーを吸収します。 結果的に、塩をかけることによって温度が下がることになります。 したがって、現象としては、塩をかけた直後に大量の氷が融けて、温度が急降下します。温度が下がるのは氷の融解熱のためです。塩の溶解熱の影響はわずかでしょう。 その後の、氷の融け方は緩やかになると思います。 ・・・子供の自由研究にしては難しくなってしまいましたが、上述の考え方を参考に、塩をかけた場合の融け方を詳しく調べてみてはいかがでしょうか。ただし、塩の量をかなり多くしないとうまく観察できないかもしれません。厳密に実験を行うなら、塩は０℃に冷やしておいた方が良いかもしれません。 砂糖の場合の説明は困難ですね。砂糖の添加によって、水の粘性が高くなり、熱が伝わりにくくなったためかも知れませんし、単なる実験上の誤差かもしれません。
- Bubuca
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こんばんは #7のBubucaです。 ＞凝固点から高い温度にある物の方が速く融けますから、塩の方が速く融けたのです。 わかりにくい話をしてしまってごめんなさい。 「溶けた粒子の数」とは大きさや形に関係なく数えるということで、ネズミ も猫も犬もライオンも象も人間も一匹と数えるようなもので、粒子も大きな 砂糖の分子だろうが小さなナトリウムイオンだろうが一粒と数えます。 ネズミ１００kgと人間１００kgではどう考えてもネズミの方が数が多くなる というようなことを言いたかったのです。 塩をかけた場合も砂糖をかけた場合も、その瞬間は０℃の水と氷であること にはかわりません。けれども塩をかけた方は凝固点がずっと低くなっていて、 ０℃と凝固点の開きは塩の方が大きくなります。凝固点を基準に考えると、 塩をかけた場合の方が０℃は相対的に高い温度になると考えたんです。 水と氷が平衡状態になっているところ －実際に氷は水の状態と氷の状態が 微小に入れ替わって平衡状態を保っていると考えていいのですが－ そこに 塩をかけると、水の方に塩がちょびっと溶けて食塩水になって、その部分の 凝固点が下がるので氷にもどらなくなります。そこを中心にして、その周囲 の平衡状態が次々に水（食塩水）のほうに移動していって、ついに全部融け てしまうと考える方がわかりやすいのかもしれません。 塩が水に溶ける時ときは吸熱しますから、温度は下がっていきます。 砂糖も溶けるときには吸熱だったと思います。 おとぎ話的に言えば、塩をかけられて凝固点が遠くに離れてしまったので、 氷は「あ、おれは今凝固点にいるんじゃないんだ、融けなくちゃ」と思って 融けたのかなぁ、と。
- meetball
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＞Bubuca様 ただ融点が下がるには、溶けた粒子（分子やイオン）の数が重要です。 凝固点から高い温度にある物の方が速く融けますから、塩の方が速く融けたのです。 →このあたりから理解できなくなりました。すいません、補足説明お願いします。
- sak_sak
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No.2,4です。 (No.6さん) ＞私は 氷は「解ける」のだと思っていましたが ＞「融ける」または「溶ける」のでしょうか？ 専門家ではないので自信はありませんが「解ける」は文学的な表現だと思っています。 「鉄が解ける」と言われた場合どんな現象を思い浮かべたら良いのかわかりません(鎖がほどける?)。 まして「鉄が溶ける」などと書いたら、鉄が酸か何かでとける方を思い出してしまいそうです。 熱によってとけることを「溶ける」と表現しても間違いでないとは思っていますが、 今回の質問のような場合は、熱によってとける場合(melt)と、液体にとける場合(solve)とを 明確に区別したかったため、あえて漢字を使い分けました。 「溶鉱炉」は「熔鉱炉」または「鎔鉱炉」であった筈なのですが、下手に統一してしまったことが悔やまれます。
- ht1914
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＃６の解答について 氷がとける時は「溶ける」でなくて「融ける」だという意見を持っておられる方がいるということでうれしく思います。私は長い間授業でこれを言ってきました。でも自然科学の概念のわからない国語審議会の人が「融ける」＝「溶ける」ということで「融ける」を消してしまったのです。国語辞典で「融ける」を引くと「溶けるに同じ」と出てきます。「融」という漢字は補助的な使用に留めることとなっています。国語の漢字のテストでは区別されていません。だから大学入試のレベルでも区別されていないことになります。多分文系の教科書では全部同じだと思います。融点、沸点という言葉が宙に浮いてしまいます。融解と溶解の区別がつかなくなります。この前もＴＶのクイズ番組で「氷が溶ける現象を何というか」という質問に対して「溶解！ ピンポン！」でした。最近はやりの脳を活性化させるというのに便乗したクイズ番組です。今学力低下が話題になっています。土曜が休みになったからだけではありません。教える側にも概念の理解を曖昧にしている責任があるのです。 文部省検定の工業英語の教科書で「ｍｅｌｔｉｎｇ＝溶解」としているのを見たこともあります。文部省レベルでもわかっていないということです。 他の言葉の例ですが化学では「気化」という言葉は使ってはいけない事になっているというのをご存知ですか。物理では使ってもいいのです。だから気化熱は化学の教科書には出てきません。物理の教科書には出てきます。文部省の学術用語集のレベルです。化学の教科書では蒸発と沸騰を合わせて気化というという表現が出来ません。沸騰は蒸発に含まれる現象であるという訳のわからない説明になります。訳がわからなくても覚えなければ仕方がないという形で大学に入りますから再生産されます。
- mayan99
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雑談ですが 国語について 私は 氷は「解ける」のだと思っていましたが 「融ける」または「溶ける」のでしょうか？
- sak_sak
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No.3です 私が余談に書いてしまったのでいけなかったのですが、 アイスクリームやジュースかなにかを氷で冷やしていて、その温度上昇を調べているのではないのですよね? 単純に氷を置いておいて、その氷が融けるかどうかを調べたのですよね? それとも氷に載せた物質が溶けたかどうかを調べたのでしょうか?
- mayan99
- ベストアンサー率22% (72/326)
塩を入れると温度は下がります。 アイスクリームを作るときに氷に塩を入れて温度を下げた経験はありませんか。 でも、塩を入れると融点は下がります。 No2さんの回答とおなじです。 温度は下がるけど、見た目は解けるんです。
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お礼
みなさま大変ありがとうございました．モル凝固点降下，寒剤，融雪剤，海水は氷りにくいことなど，大変勉強になりました．議論がどんどん盛り上がってどこで締め切ろうかと思っておりましたが，一旦締め切らせて頂きます．重ねてお礼いたします．