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先日,トリビアの泉でジンジャーエールを90分冷凍庫に入れたあとふたを開けると一気に凍るというのを見て,自宅でやってみると出来ました。じゃあ炭酸飲料なら何でも出来るはず,と思い,CCレモン,サイダーでやってみましたが,90分後には,凍ってしまっていました。どうしてジンジャーエールだけ,過冷却状態を保てるのか,どうか教えてください。

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A 回答 (6件)

こんいちは。


試してみるとうのは、大変大事ですね。
今、こうやって、ネットで簡単に調べられるようになったので、試す人が少なくなってます。

さて、この場合、「何が」「どの位」溶けているかで、過冷却の状態を維持しやすいかどうかが決まってしまいます。
一般的に、沢山の物が溶けてる方がよく、気体が溶けてるよりも固体(の物質)が溶けている方が、過冷却状態は維持しやすくなります。

サイダーでも砂糖などを沢山とかしてやると、同じ実験が成功するでしょう。
ただ、砂糖を溶かしたサイダーに炭酸を詰め込む方法が問題になりますけど。

たまたま、この実験では、ジンジャーエールに溶けている物質の種類と量が、その位の時間、過冷却の状態を維持できるものであったというのが答えになります。
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面白い実験をされましたね、他の飲料ではってのは


気がつきませんでした。
質問者さんが誤解されている部分があります、冷蔵庫
で90分冷やしたジンジャーエールは「過冷却」では
ありません。炭酸のために内圧がかかり、bekky1さん
がおっしゃるような凝固点降下がおきており、まだ
凝固点に達していない状態です。
それがフタをあけることで内圧が一気に下がり凝固点
が上がり、一気に凍ることになったのです。
ジンジャーエールは炭酸の量が多く凝固点降下の量が
大きいので冷蔵庫で凍らしても凍りにくかったのです。
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高校の化学ではモル凝固点降下というのを習います。


同様に、モル凝固点上昇というのもあります。
つまり、溶けている成分が多いと、凍る温度が下がる。
コレを利用して、アイスクリームをつくりますね。
氷に、塩を混ぜるというあれ、です。
0度よりも下がります。

で、味噌汁などを被ると、やけどがひどいというのも、もし煮立った味噌汁なら、ただのお湯よりも温度が高い=やけどがひどくなる。

次に、圧力鍋を思い出してください。
圧力がかかると、沸点が上がります。
逆に圧力が少ないと沸点が下がって、沸騰しているのに温度が低い。
高い山では沸点が低いので生煮えになって、噴いているのにご飯が炊けないそうです。

これらを両方利用したのが90分冷やして、蓋をあけて一気に凍らせるというジンジャエールのワザです。

中身の濃いものは凝固点がより低くなって凍りにくい。
凍らない状態で取り出して、蓋を取ると、中が一気に減圧して、凝固点になります。
このばあい「減圧」にならないとだめです。
ですので炭酸飲料でないとダメ。

ソレこそ濃い目のポカリなどを調整して凍らないものを作ってだして、蓋を開けても、コレは逆に「加圧」になりますので、凍りません。
上空で水蒸気が一気に凍るのも「減圧」によるもの。
入道雲も実はコレです。
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誤解があります。



水でも過冷却状態を作ることは可能です。

ジンジャーエールと同じくショックを与えると凍り始めます。

参考URL:http://www.ngk.co.jp/site/no13/content1_2.htm
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糖分濃度や炭酸ガスの量にもよりますが、液体や気体を沸点や融点以下に冷やしてもすぐに氷にならない「過冷却現象」と呼ばれる性質があり「過冷却状態」の液体に刺激を与えることで他の液体とは違う性質上凍結し始めます。


冷凍庫で90分間冷やしたジンジャーエールはCCレモンやサイダーではあなたが実験したら普通は凍る温度になっていますが、凍っていない「過冷却状態」です。通常ペットボトルのフタを開けると中の炭酸ガスが抜けます。そのときに液体中に出る泡が液体に衝撃を与え、液体中にが氷と化していきます。
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うろ覚えですが・・・。



糖度や炭酸の加減のようです。
ですので同じジンジャーエールでも
トリビアで出ていた「カナダドライ」限定のようでした。
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Q「過冷却水」を作ったら失敗しました・・・

おもしろ科学実験の本に、過冷却水の作り方が載っていました。
「ペットボトルを冷凍庫に90分入れて、そ~っと取り出してから机にドン!!」ってやると
みるみる凍っていく・・・とか。

実際やってみたんですが、90分冷凍庫に入れておくとすでに凍ってました。苦笑

(1)90分っていうのは「常温」からですか?(私は冷蔵庫の少々冷えた状態からしました)
(2)グレープフルーツジュース(果汁100%)でやったんですが、それがいけなかったんですか?(水やお茶??それとも炭酸水?)
(3)実際やってみたことのある方は何のペットボトルで常温(あるいは冷蔵庫)から何分くらい冷やしましたか?

なんとしても目の前で凍っていく様子を見たいので
是非、アドバイスお願いします。

Aベストアンサー

 直接ペットボトルで確認したわけではありませんが、大学では理科系科目の基礎実験に過冷却の課題がありそれをやった経験から。
 まず、グレープフルーツジュースでは条件が異なるのでまず不可能とお考えください。
 できるだけ混ざりものの無い水を使用してください。(本当は水道水ではなく蒸留水やイオン交換水等が良いのですが、入手性の問題から水道水でも仕方ないでしょう。)
 次に冷却時間ですがこれは水の量とペットボトルの容量、そして冷蔵庫の冷凍室の性能等にもよるので何回か試す必要があるでしょう。

Q過冷却について

過冷却はなぜ起こるのですか?
現象としの理論は大体わかったのですが、それがエネルギー的にどうなのか、がいまいちつかめません。
教えてください。

Aベストアンサー

過冷却がなぜ起こるのか?と問われれば、その答えは「融点以下の液相は固相として存在するのが熱力学的に最も安定だが、実際に凝固するためには「核発生」というきっかけが必要だから」という答えになります。

過冷却現象はエネルギー的な安定の観点からだけでは説明できません。動的な成長理論(核発生理論)を考えて初めて説明されます。
エネルギー収支からの検討は「ある温度(と圧力)のもとで、その物質はどんな状態として存在するのが一番安定か」を教えてくれます。例えば氷点下1℃なら「水は固体として存在するのが安定」です。しかし「どれくらいの時間をかけたらその状態に至るのか」は教えてくれません。その状態に1秒で移行するかも知れませんし、1億年かかるかも知れません。

「熱力学的に安定ではないのだが存在できている」例で、一番分かりやすいのがダイヤモンドでしょう。常温常圧における炭素の安定相はグラファイトでありダイヤモンドではありません。ダイヤモンドは本来、常温常圧では存在してはいけない物質なのです。
しかしダイヤモンドがグラファイトに転化するには、とんでもなく高いエネルギー障壁を乗り越えて構造を組み換えねばなりません。この組み換えが起こる確率は非現実的なほどに低いので、事実上常温常圧でもダイヤモンドはダイヤモンドのまま存在できます。

0℃以下になった水も、その安定相は当然に固体である氷です。ところが上記のダイヤモンド→グラファイトの場合と同様、水が氷に変化するにはある障壁を乗り越えなければなりません。実際にはその障壁は大して高くないので水を凍らせるのは別に難しくないのですが、いずれにしても「きっかけが必要」とは言えます。
水に限らず液相→固相の変化において、このきっかけ(あるいは障壁)に相当するのが「核発生」です。核発生理論についてはすでに十分な検討がなされ、学説としては確立しています。

いま液体が融点以下に冷やされて、下の図のように液体の中に小さな固体の粒(核)が発生したとします。この粒は大きく成長できるのでしょうか、それともやがて消滅してしまうのでしょうか。

 液体
   / ̄\
   │固体 │
   \_/

この場合のエネルギー収支を考えてみると
・液体が固体になったことによりエネルギー的に得した分(潜熱放出)

・液体と固体との境界が生じたことによりエネルギー的に損した分
があります。後者のことを「界面エネルギー」などと呼びます。界面エネルギーの概念はややなじみにくいかとも思いますがとりあえずは、異なる相が接している場合にその部分に余分なエネルギーが必要になる、と理解すればよいでしょう。
さて、液体が固体になったことによる自由エネルギー低下分は固体部分の体積、すなわち半径の3乗に比例します。後者は表面積に比例しますから、結局半径の2乗に比例します。これらを差引きして考えると、半径rが大である核ほどエネルギー的に安定であることになります。逆に小さな核はエネルギー的に不安定なため、やがて消滅してしまうことになります。
「小さな核はやがて消滅してしまうのであれば、いつまでたっても核は成長できないのではないか?」
これもおっしゃる通りです。しかし実際には核は生成します。それはどういうことかと言うと、分子は常に離合集散を繰り返しているわけですが、その集合体がたまたま生き残れるために必要な大きさに(確率的に)達したとすると、その先は安定して成長できるようになるからです。

もう少し、数式も取り入れながら説明したいと思います。
いま液相中にnモルの固相が析出し半径rの結晶相(固相)が発生したとします。その場合の自由エネルギー変化ΔG(n)は
ΔG(n)=4πr^2 γ-nΔμ  (1)
と表されます。γは液相-固相の界面エネルギー、Δμは1 molあたりの自由エネルギー変化です。Δμは過飽和度(過冷却度)の関数であり、過飽和度が大きくなればΔμも大きくなります。

析出する結晶相を球形に近似すれば、結晶相のモル体積をνとして
ΔG(r)=4πr^2 γ-(4πr^3 Δμ)/3ν  (2)
と表されます。
(2)をrで微分して0に等しいとおくと、ΔG(r)が極大をとるrの値が
r=2γν/Δμ  (3)
と求まります。
このrの値を臨界半径(臨界曲率半径)などといいr*で表します。これ以上大きいサイズの原子クラスター・分子クラスターであれば、大きくなればなるほど自由エネルギーが下がりますから安定して成長することができます。
Δμを大きくすれば、換言すれば過冷却度を大きくすればr*は小さくなり、確率的なゆらぎで発生した核は小さいものでも生き残れるようになります。よって水の場合、0℃ではすぐに凍らなくとも、-1℃、-2℃と温度を下げればΔμが大きくなり、ついには発生した核が安定して成長し次々と凍ることになります。これが過冷却現象の正体です。
核発生についてご興味があれば参考ページの[1]などもご覧ください。

ついでに、正しい知識について整理しておきましょう。
水を0℃以下の場所に置けばいずれはその場所と同じ温度になるのは確かです。そしてその温度になるのであれば、どれだけ時間がかかろうとも最終的には凍ります。大気圧で0℃以下の環境における水の安定相は、液体でなく固体だからです。「大気圧で0℃以下の環境で、液体の水は平衡状態にはない」なんて当たり前のことを言っているに過ぎません。
過冷却によって0℃以下の水が液体の状態を取りうるのは事実ですが、それは過渡的な現象に過ぎません。「いずれは」と言うなら仮に過冷却がおきようとも、水は最終的に「氷になる」というのが正しい帰結です。過冷却がおきたからといって、0℃以下の環境において水が安定相となることはあり得ません。

また過冷却の水が凍り始めれば確かに潜熱を放出し水の部分の温度は上がります。しかし水の部分の温度が0℃になったからといって凝固が停止するわけではありません。0℃(より厳密に言うなら水の融点)において、水と氷は任意の割合で共存できます。「過冷却状態の水の当初の温度によって、0℃になった時の氷水の氷/水の分量が違ってくる」というのは何かの間違いでしょう。水/氷の系と外界との間にエネルギーのやり取りがないなら分量は変わってきますが、今は「系を0℃に保つ」という条件を付けているのですから、系と外界との間にエネルギーのやり取りがあることは前提となっています。
「-80℃の過冷却状態の水なら、わずかの刺激で全部凍る」というのは間違いではありませんが、「-80℃より高温の過冷却状態の水なら、必ず水の部分が残る」というのは間違いです。上記と同様に外界との間にエネルギーのやり取り(具体的には系からの熱の排出)があるからです。外界とのエネルギーのやり取りがない(完全断熱条件)なら正しいです。

【参考ページ】
[1] 核生成 http://www.jsup.or.jp/shiryo/tenbo.html#h13
「第3章 無容器浮遊溶融プロセシング 資料(2)」のpdfファイルをダウンロードしてお読み下さい。

参考URL:http://www.jsup.or.jp/shiryo/tenbo.html#h13

過冷却がなぜ起こるのか?と問われれば、その答えは「融点以下の液相は固相として存在するのが熱力学的に最も安定だが、実際に凝固するためには「核発生」というきっかけが必要だから」という答えになります。

過冷却現象はエネルギー的な安定の観点からだけでは説明できません。動的な成長理論(核発生理論)を考えて初めて説明されます。
エネルギー収支からの検討は「ある温度(と圧力)のもとで、その物質はどんな状態として存在するのが一番安定か」を教えてくれます。例えば氷点下1℃なら「水は固体として存在...続きを読む

Q炭酸飲料は冷凍庫で冷やしてもなかなか凍らないのに、その冷えた状態でフタを開けると凍り始めるのはなぜ?

今年の夏はあまり暑くなかったようですが、炭酸飲料は比較的よく飲みました。
その時に冷蔵庫で冷やすわけですが、通常の水道水と較べて冷えにくい事に気がつき
ました。
それで思い切って冷凍庫で冷やしてみました。2時間ほどですが。
そのくらいの時間ではやはり凍るまでにはいたりません。

しかし、フタを開けると瞬間的とはいわないまでも上のほうからだんだんとシャーベット
状に凍っていくのです。
また、一度冷凍庫から出す時、手を滑らせて床に落としてしまったら、全体がやはり
シャーベット状に瞬間的に凍りました。

この現象は、
○炭酸飲料には炭酸ガスの圧力がかかっているので融点が0℃より低い。
 それを、フタを開けて圧力を開放すると、通常の水と同じ0℃で凍るので、凍り始める。
もしくは
○炭酸飲料が過冷却状態になっていて凍るべきところで凍らずにいるが、なんらかの衝撃、
 フタを開ける、落とすなどで急激に凍り始める
と考えたのですか、正しいでしょうか?

また、通常の水道水と較べて、炭酸飲料が冷え難いのはなぜでしょうか?

因みに、実際に試してみたのは某社のコーラのPETボトルの500ミリリットル入りです。

今年の夏はあまり暑くなかったようですが、炭酸飲料は比較的よく飲みました。
その時に冷蔵庫で冷やすわけですが、通常の水道水と較べて冷えにくい事に気がつき
ました。
それで思い切って冷凍庫で冷やしてみました。2時間ほどですが。
そのくらいの時間ではやはり凍るまでにはいたりません。

しかし、フタを開けると瞬間的とはいわないまでも上のほうからだんだんとシャーベット
状に凍っていくのです。
また、一度冷凍庫から出す時、手を滑らせて床に落としてしまったら、全体がやはり
シャーベット...続きを読む

Aベストアンサー

過冷却です。
炭酸飲料にはたくさんの溶質が溶けていますので
凝固点が降下します。(凍結防止剤、融雪剤などと同じ)
また常温と比較して、冷却すると炭酸ガスは水中から遊離しにくくなります。よってフタを開けた場合、外気に触れた炭酸ガスが遊離したためそれが刺激となり(さらに液体自体も)シャーベットとなったのでは。
 一つ実験してみて下さい。
 冷蔵庫に保管した(10℃)開封していない炭酸飲料をガンガン振って冷凍庫等で急冷する。次に液体であることを確認して静かにフタを開けるとシャーベットが吹き出す。ガスはすぐには溶けないため時間の調整が重要かもしれません(未確認です)

Qなぜ炭酸のほうが凍るのが早いのですか?

 土曜の宵に今晩は、皆様。 
 いつも思うことですが、炭酸って凍るの普通の水よりも早くないでしょうか?正確には凍り始めるというか、冷凍庫から出した容器を振ったときに氷の粒ができるまでの時間がより早いと思うのですが。
 水分からまず凍ると過去質問にありましたが、炭酸水とそうでない水の違いは炭酸ガスだけですよね?
 ガスが入っているとなぜ凍るのが早いのでしょうか?

Aベストアンサー

2の回答の炭酸水の凍る現象ですが、
過冷却の刺激よりも、
「圧力による凝固点降下」(たとえば、スケート靴の下は、氷点下であっても圧力で氷が溶けている)状態が解放されている状態ではないかと思います。

(「過冷却の刺激」であれば、炭酸水をあける前にたたいても凍るはず。水の過冷却はそれで凍るから)

Q過冷却水とは?

0度以下になっても凍らない、過冷却水というものが出来ると聞きました。
この過冷却水に振動を加えると一気に氷になるそうです。
どうして過冷却という現象が起きるのですか?
また、何故振動を加えると一気に凍ってしまうのでしょうか?
どなたか教えてください、お願いします。

Aベストアンサー

 水というのは、実をいうと0度では凍らないのだそうです。
 水道水などの普通の水は、中に含まれる様々な不純物が刺激となって、0度で凍ってしまいます。

 ところが、その「刺激」がまったくない状態で凍らせた水(具体的にいうと、まったく衝撃を与えずに冷やした純水)は、「刺激」がないので-40度くらいまで凍らないのだそうです。

 で、どうして衝撃によって凍るのかというと、過冷却を起こした水は、冷たすぎて「氷になるためのエネルギー」が足りないのです。
 だから、それを外部から衝撃という形で与えてやることで、凍るのだそうです。
(なんか分かったようで微妙に意味不明な説明だな……)

Q過冷却水の自由研究

中学3年です。
今年の自由研究のテーマは過冷却水に決めました。
一応作ることには成功したのですがいざレポートを書こうとして悩んでいます。
ただ作っただけでは、レポートの内容があっさりしすぎている気がするのです。
枚数も足りません。
この過冷却水から、レポートの内容を広げるのに
何かいい案があれば教えてください、お願いします。

Aベストアンサー

過冷却水をつくる方法を調べて、実際につくってみたのだと思います。
では、それって何かに利用できるんですかね?
凝固点を下回っても液体が凍らないという現象は、何か良いことがあるんでしょうか? それとも、まずいことがあるんでしょうか? こんなことに利用できる(利用されている)、こんな時には過冷却が起きてはまずい。等のことがあると面白いように思います。
過冷却の利用については、ネットで色々情報が転がってるはずです。

Q水を0度以下にして一気に凍らせる方法

ずっと前にでんじろう先生がテレビでやってたんですけど詳しいやり方が知りたいのです
たしかペットボトルに水が入っててそれを振ったりしたら一気に上のほうから凍っていくのです
原理は水の温度は0℃以下になっていて衝撃を与えるとそれがきっかけになって凍りだすとか言ってたような気がします

Aベストアンサー

過冷却のことですね。
刺激を与えると凍りだすということは、刺激を与えないように冷やす必要があります。
水に振動や衝撃を与えないことはもちろんですし、水の中のゴミや容器の傷が原因になることもあります。
参考URLに実験法がかなり詳しく書かれています。

水の場合には、普通の水よりも不純物の少ない精製水を用いるのが良いようです。冷蔵庫の冷凍室で揺らさないように冷やせば出来ると思います。ただし、水が凍ると体積が増えますので、水をペットボトルの上まで入れないように注意して下さい。

参考URL:http://homepage3.nifty.com/Kume/naru/044/naru044.html

Q炭酸水などでも過冷却水になるでしょうか

炭酸水・ジュース「オレンジジュース」・食塩水・水は過冷却水になるでしょうか?
なるときそれぞれの時間はどのくらいかかるでしょうか液体の量は500mlです
至急回答よろしくお願いします

Aベストアンサー

オレンジジュースは過冷却にならないでしょう。
食塩水や炭酸水はなりにくいです。
 また、時間とは無関係です。冷却能力に依存します。急に冷却すると一部分だけ--容器に接している部分だけ冷却されてそこから凍り始めますから過冷却が観測できません。
 ゆっくりと時間をかけて、容器内が熱が伝わり均一な温度のまま冷却しないと過冷却は観察できません。

>それぞれの時間はどのくらいかかるでしょうか
 あなたの使う冷却装置の能力次第です。

 過冷却とは凝固点より低い状態で液体のままの状態ですが、それは純粋な水の場合、固相ができじめる核がないか少ないために、相転移を開始できないのです。ところが、何かがあるとそれが核になって凍り始めます。
 過冷却と逆の現象である突沸を考えると、沸石などがあると突沸しないのと同じ理由です。

 また氷ができ始めるときに、その氷には食塩、二酸化炭素などの不純物は含まれません。それは、結晶ができ始めると水だけがくっついていくからです。麦茶を凍らせると白い氷と濃いお茶に分離することを観察して知っているはずです。それを飲むとはじめは濃い過ぎるけど、やがて味がなくなるの逆です。
 それを利用してシリコンなどは純粋なものが作られています。
「FZ(フローティングゾーン)法などのゾーンメルティングや Cz(チョクラルスキー)法などの単結晶成長法 ( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B1%E3%82%A4%E7%B4%A0#.E7.B2.BE.E8.A3.BD )」

 北極海の流氷は純粋な水だけの氷とその中に泡として紛れ込んでいる濃い食塩水でできてます。

オレンジジュースは過冷却にならないでしょう。
食塩水や炭酸水はなりにくいです。
 また、時間とは無関係です。冷却能力に依存します。急に冷却すると一部分だけ--容器に接している部分だけ冷却されてそこから凍り始めますから過冷却が観測できません。
 ゆっくりと時間をかけて、容器内が熱が伝わり均一な温度のまま冷却しないと過冷却は観察できません。

>それぞれの時間はどのくらいかかるでしょうか
 あなたの使う冷却装置の能力次第です。

 過冷却とは凝固点より低い状態で液体のままの状態ですが、...続きを読む

Q炭酸飲料って冷凍庫でペットボトルごと凍らせるとどうなりますか怖くてできません(✖д✖)どなたか

炭酸飲料って冷凍庫でペットボトルごと凍らせるとどうなりますか

怖くてできません(✖д✖)
どなたか教えてください

Aベストアンサー

やってみればわかる。やったことなくて理論もない(^^)
基本的に温度が低いほうが機体はよく解けますが・・【それは液体の話】
ここ間違えて理論もないでしょう。
水が凍るときには水だけが凍りますので溶存している気体は逃げ出す。
 ・・・冷蔵庫の氷、周囲は透明だけど中芯部は気泡だらけ。
ということは、氷ができ始めると押し出された二酸化炭素が気体として出てくる。
でてきた二酸化炭素の圧力にPETが耐えられるかというと、炭酸用PETボトルの耐圧は6気圧です。二酸化炭素は0℃だと数十気圧まで加圧されると液化しますが、0℃布巾では気体にとどまる。
 内容積中期待部分がどの程度残っているかによりますが、ギリギリ爆発しないで凍るでしょう。
・冷却時間が少ないと凍りません。糖分が多いため0℃では凍らない。
 キャップを空けた瞬間に凍ります。
・温度が低く冷却時間が長いと凍ります。容器はパンパンになります。
 蓋を取ると、濃縮された原液状態のシロップが出てきます。

※ギリギリ爆発しないので、時間を色々替えて試してご覧なさい。
 事前に傷がないか良く確認すること

やってみればわかる。やったことなくて理論もない(^^)
基本的に温度が低いほうが機体はよく解けますが・・【それは液体の話】
ここ間違えて理論もないでしょう。
水が凍るときには水だけが凍りますので溶存している気体は逃げ出す。
 ・・・冷蔵庫の氷、周囲は透明だけど中芯部は気泡だらけ。
ということは、氷ができ始めると押し出された二酸化炭素が気体として出てくる。
でてきた二酸化炭素の圧力にPETが耐えられるかというと、炭酸用PETボトルの耐圧は6気圧です。二酸化炭素は0℃だと数十気圧まで加圧さ...続きを読む

Q過冷却の自由研究

夏休みの自由研究で「過冷却」の実験をしようとおもうのですが、どのようなことをしたらよいのでしょうか?

Aベストアンサー

見つけました。
http://homepage3.nifty.com/Kume/naru/044/naru044.html
http://homepage3.nifty.com/narumori/homepage/science2.htm


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