氷が溶けない条件とは？

質問

こんばんは、以下の問題が分かりません

「水道水１Lを60℃に加熱し、外部とエネルギーの移動がない孤立系の容器に入れる。次に氷を容器に入れ蓋をする。数時間が経過した後、蓋を開け中身を確認したところ氷が存在していた。この時、液体の温度を測ったところ0℃ではなかった。」

問
液体の温度は0℃より高いか、低いか。また、氷が存在していた理由としてどのような事が考えられるか答えよ。

よろしくお願いします。

回答No.3

NiPdPt · ベストアンサー

常識的に考えて、水温は上部と下部で異なっています。温度によって密度が違うからです。

氷を加えた当初、冷水は下の方に沈んでゆくでしょうが、水の密度が最大になるのは４℃なので、全体が４℃に冷えた後には、冷水は表面近くにとどまります。その状態であれば、氷は０℃に近い冷水に囲まれることになりますので溶けにくくなるはずです。しかし、水全体の温度が０℃以下になることはあり得ませんしね。もちろん、凝固点降下を考えれば可能性は皆無とはいえませんけど、それを問う問題でしょうかね？

まあ、問題文だけで原因を特定することはできません。そもそも数時間後に（ほぼ）平衡に達しているかどうかと言う重要な問題に触れていません。しかし、可能性としては上記のようなことが妥当だと思います。液体の温度変化を考える時に、密度とか対流の問題は重要ですからね。また、問題の主旨も科学的に考えることができるかどうかということでしょうから、氷の量とかは書いてありませんし、氷の大きさや容器の形状も現実問題としてはきわめて重要な問題にもふれていません。最終的にどういう状態になるのかもわかりませんしね。

お礼

ご回答ありがとうございました。

回答No.2

noname#160321

かなり難しいです。
あまりありそうに無い「場合」は「水道水」に塩分などが含まれており０℃以下で安定したというものです。

一方、圧力には一切言及が無いので、内圧のために氷が溶けなかった、というものですが水の三重点で安定した以外考えにくいです。

お礼

ご回答ありがとうございました。

回答No.1

bibian1

常温常圧で扱っているのであれば、液体の温度は0℃より高い。
氷が存在していた理由は、平衡状態になっていないため。つまり平衡状態になるまでの時間が足りていないと考えられます。

お礼

ご回答ありがとうございました。