水の凝固点について

質問

水の凝固点について教えて下さい。
１）水だけの冷却曲線を見ると（過冷却の内状態）温度が０℃で凝固が始まり、すべて水が凝固するまで温度は一定に保たれます。これは凝固熱と融解熱が等しいということで理解できますが経過時間毎における凝固点は一定と考えていいでしょうか。

２）凝固点では凝固する分子数と融解する分子数が同じということが知られています。
これは凝固点で水＝氷＋熱の平衡で水が氷となり凝固熱を出す。この凝固熱は融解熱に使われないで冷却を防ぐのに使われるとすると氷は増えるが凝固する分子数と融解する分子数が同じということに矛盾するように思います。また融解熱に使われると氷は増えないことにならないでしょうか。

２点について宜しくお願いいたします。

回答No.2

potachie · ベストアンサー

１）　はい。こと化学の世界では、実験結果がすべてに優先します。
この例ではありませんが、例え論理的に間違っていることに実験結果が帰結しても、その実験が正しく行われ、誰が行っても再現性があるなら、間違っているのは実験の解釈か、論理そのものです。実験結果には誤差はあり得ても誤りは存在しません。
この例では、液体と固体が共存する中で、凝固点がもし変動していくなら、それも正しいんです。
ご質問では、実験結果として、「温度が０℃で凝固が始まり、すべて水が凝固するまで温度は一定に保たれます。」というわけですから、ご質問者の解釈が正しいです。
ただし、実際に実験をすると条件によって、「温度が０℃で凝固が始まり、すべて水が凝固するまで温度は一定に保たれます。」というケースだけとは限りませんが。

２）いいえ。
＞ 凝固点では凝固する分子数と融解する分子数が同じということが知られています。
コレは誤りです。「知られて」はいません。
潜熱の概念もあるように、加えられた熱量等によって、変動します。この平衡が変動するが故に、凝固点は一定に保たれます。
もし、凝固点で固化する水分子数と液化する水分子数が同じなら、水は凍りませんし、溶けないことになります。
ご質問の「知られている」ケースは、あくまでも融解平衡の状態で、ですよね。

補足

回答ありがとうございます。
２）はご指摘のように融解平衡の状態です。この質問は大学入試問題で不揮発性の溶質を溶解した希薄溶液を冷却したときの冷却時間と溶液温度の関係が図で示され、この図を参考にして溶液の凝固現象について正しい説明文を選ぶ問題です。正解は凝固する溶媒分子数と融解する溶媒分子数が等しいとなっています。過冷却があってもなくても凝固点は等しいことと、問題を単純にするため純溶媒だけで質問させていただきました。出題の凝固点は外挿（冷却曲線との交点）した交点での凝固現象を問うたものと解釈しておりますが過冷却を過ぎて右下がりでの時間に伴う各凝固点での凝固する溶媒分子数と融解する溶媒分子数の関係や融解熱、凝固熱の関係が分からなく質問をさせていただきました。
どんなことでも指摘をいただければ有り難いと思います。宜しくお願いいたします。

回答No.1

noname#100814

１）＞すべて水が凝固するまで温度は一定に保たれます
　それすなわち凝固点は一定ということではないんですか？

２）＞凝固点では凝固する分子数と融解する分子数が同じ
　それは凝固と融解とが平衡状態にあるということで、
外部との熱の出入りなしとして考えているのでしょう。
　それに対して、氷が増減するのは外部との熱のやり取りがあるためで、
両者は分けて考えるべきなのではないでしょうか。