氷が水になる際の熱エネルギーとは？やさしく教えて

こんにちは。
全くの素人です。
赤子に教えるような優しさでお教え頂けると有り難いです。

二時転用を禁止されているので余り詳しく書けないのが残念ですが、
「85℃の湯180ccに氷（0℃）を180g入れても42.5℃にしかならないんじゃ無いの？」
と言う無知な私に対し、
「氷が水になる際には熱エネルギーが必要となります。85℃の湯180ｃｃと180gの氷を混ぜると理論値では5.2℃まで下がります」
との回答。

理論値では、
「180gの氷が180ｇの水を何℃下げられるかは、79.8℃となります」
とのこと。よって85℃－79.8℃=5.2℃とのことです。

これは、
「85℃の湯と40℃の湯を100ccずつ混ぜて何℃になる？」なんて、理科の時間に習った程度の私には全く理解できません(^_^;)
恐らくは、「氷」であることに、その「熱エネルギー」が関わってきているのだと推測していますが・・。

実測としては湯と氷を混ぜたりする行為で放熱し、8～9℃くらいになるとのことですが、


≪氷が水になる際には熱エネルギーが必要となります≫


これをどなたか分かりやすく解説して頂ける方がいましたら、
ご面倒ですがお教えください。

よろしくお願いします。

No.2 回答者： gohtraw 回答日時： 2012/06/14 00:26

例えばコップに水を入れて冷やしていくと、温度が０℃になるまでは温度が下がっていきますが、０℃になると温度の低下が止まります。

この間、コップの中で何が起きているかというと、水と氷が共存し、氷が占める割合が次第に増えて行きます。そして全体が氷になると再び温度が下がり始めます。厳密に言うと０℃になった瞬間に氷が現れるのではなく、０℃を幾分通り越してマイナスになり、そこから温度が上がって０℃に近づいていく（その時点で氷が現れる）という現象が見られるのですが、今はそこまで突っ込むのはやめておきます。重要なのは、水と氷が共存している間、温度は０℃をキープしているということです。

温度の低下が止まっている間も冷却は続いている、言い換えると水から熱は奪われているのですが、水⇒凍りという状態の変化（この場合凝固と言います）に伴って放出される熱を奪っているだけで、温度の変化には寄与しません。

また別の例を挙げると、何かを冷やしたいとき、冷水１００ｇを使うのと氷１００ｇを使うのと、どちらがよく冷やすことが出来るでしょうか？感覚的に後者という答えになると思うのですが、それは氷⇒水という状態の変化（融解といいます）に伴う熱の出入りを利用できるからです。この場合も水と氷が共存している間、（放熱などが無視できるとすれば）温度は０℃をキープします。

氷は水の分子が規則正しく並んだ構造をしていますが、液体の水はこの規則性が崩れた状態にあります（だからこそ自由に流動できるのです）。温度０℃のもとでは氷のほうが安定なので、水を０℃まで冷やしてやると凍るのですが、不安定な状態（液体の水）というのはエネルギーを多く持っている状態であり、安定な状態（氷）というのはエネルギーが少ない状態です。従って不安定状態⇒安定状態という変化が起こるとき、温度の変化はなくともエネルギーが放出されています。液体から固体、あるいはその逆の状態変化に伴う熱を凝固熱、あるいは融解熱と呼び、水の場合≒７９．５ｃａｌ／ｇです。

従って１８０ｇ、０℃の氷が１８０ｇ、０℃の水に変わるとき
１８０＊７９．５＝１４３１０　ｃａｌ
の熱が吸収されます。これは１８０ｇ、８５℃の水の温度を７９．５度下げることが出来る熱量です。この状態では
元々氷だった１８０ｇ⇒０℃の水１８０ｇ
８５℃の水１８０ｇ⇒５．５℃の水１８０ｇ
という変化が起きたことになるので、温度は均一になっていません。均一になった時の温度は
（１８０＊０＋１８０＊５．５）／（１８０＋１８０）≒２．７５
　　※（水の質量＊温度）の総和を水の合計質量で割っています。
で２．７５℃となります。

No.1 回答者： misawajp 回答日時： 2012/06/13 23:58

質問者は状態の変化にはエネルギーを必用とする　ということを習ったはずなのに忘れてしまったからです

氷を水にするには水の温度を約80℃上げるだけのエネルギーを必要とするからです
習ったことを復習してください