純水について・・・。

純水を氷点下２５℃で凍らせない方法はありますか？
ただし、純水のままで出来ませんか？

No.12 回答者： nozomi500 回答日時： 2001/11/13 11:09

燃料電池で車を走らせるのに、圧力をかけることはないでしょうね。

それより、暖めればすむことですから。電気自動車でもラジエーターがついていますから、発熱させるのはすぐ（反応熱が伴うから）です。
燃料電池以前に、バッテリーが-25℃では弱るから、その対策がされるのではないでしょうか。（いまのハイブリッドや電気自動車では対策があるのでしょう）

アポロ宇宙船は燃料電池をつかっていましたが、燃料でもある液体水素を積んでいたので、居住部分以外はかなり冷えていたはずです。低温で問題があったという話はアポロ１３の映画でもなかった・・・。

スケートの件ですが、摩擦で氷をとかすのであれば、ブレードはあんなに薄くしないでいいはずなんですが・・。

No.11 回答者： stomachman 回答日時： 2001/11/12 15:16

なんと。

ご質問が燃料電池の話だとはお釈迦様でも気が付きませんよね、きっと。でもまだご質問の意図が見えません。

既にお気づきかとは思いますが、どの回答者も真剣です。質問者にも、きちんと説明する責任が生じています。

燃料電池の反応を薄膜などを使って行う際に、媒質として使われる水のことを仰っている？起動前にバッテリーなどで余熱してやれば良いのでたいした問題にはならんでしょう。それとも、燃料電池の燃料として水素を使うと、排出物として水および熱が発生しますが、その水の事を仰っている？凍る前に排出すれば良いでしょ？　

No.10 回答者： nozomi500 回答日時： 2001/11/12 10:22

スケートについて。

摩擦、というのは大きいと思うのですが、じっと立っているだけでもブレードの下の氷は水になります。体重がブレードにかかる程度の圧力を保っていれば、凍らせずにいられるんじゃないか、という意味でした。

No.9 回答者： landres 回答日時： 2001/11/10 18:24

　前回回答時には、Umadaさんの回答は読んでおりませんでした。

また、stomachmanさんの指摘された過冷却状態の事は完全に失念していました。
　実は私が参照していた三相図の液体－固体境界線が、物の見事に垂直だったため、siegmundさんが指摘された加圧方向の可能性を早々に見限っていました。Umadaさんと同じ三相図を見ていれば、たぶん同じように、加圧による方法を回答していたと思います。（そして、2000気圧で反転すると、指摘を受けてるはず）ご推察どうり、三重点気圧は、タイプミスです。

　さて改めて、色々調べました。でも、調べている最中も別段質問者さんからは、補足説明とかないし、別に大した用件でもないのかなと思えてきました。よって調べた結果から求められている質問の回答だけ書いておこうと思います。

Ｑ．凍らせない方法はありますか？
Ａ．あります。

　以上です。

以下余談
siegmundさん。
　調べるとホント水は難しいですね。平凡社の世界大百科や岩波の理化学辞典が指している水っでは、－12℃が限界みたいですが、、「水の第二臨界点仮説」を研究している方達の指す水は、もっと低い温度まで過冷却可能のようです。限界点は、自発的な結晶化が起こる温度を求める「均一核生成理論」と言うのを使えば求められるようなんですが、素人の調査ではこの辺が限界みたいです。いずれにしてもその人達の世界では、-25℃程度は問題にもなってないようです。

nozomi500さん。
　ここの質問は、純水を-25℃で凍らせない方法の有無であって、溶かせないかどうかではありません。それに、スケートって圧力より摩擦熱の方が重要な気がしますし、そもそもスケートが何故滑るかの理屈も実は完全解明されていなかったのではと、記憶します。南極探検隊は、犬ぞり使ってますよね。ってのでは、駄目ですか？

この回答へのお礼

皆様教えていただいて、大変有難うございます。

やはり、純水のままで凍らせないには、圧力をかけなければならないのですね。
こんな質問をしたのは、燃料電池について調べていた所、最近は車用のが実用する為のが作られているって書いてあったのですが、僕が住んでいるような寒冷地ではどうするのか、疑問に思ったので、こんな質問をしたわけです。
自分でも、調べてみようと思ったのですが、なかなか良い本が見当たらなかったので、尋ねてみたんです。
ご協力ありがとうございます。

お礼日時：2001/11/12 01:40

No.8 回答者： siegmund 回答日時： 2001/11/10 17:29

nozomi500 さん：

> アイススケートは圧力で解けているのですが、
> -25℃というのは、業務用冷凍庫程度の温度ですね。
> マイナス何十℃になる南極やシベリアでは、スケートもスキーもできないんですか？

スケートなどにおける氷の融解が圧力効果だというのは
ときどき本に載っていることなのですが，
摩擦熱が主要だという説もあります．
また，氷の表面が凸凹になったり平らになったりする転移
(一種の相転移で，統計力学ではラフニング転移として知られています)
が起きているという説もあります．

スケートでどれが主要なのか，ちょっと私にはわかりません．

No.7 回答者： nozomi500 回答日時： 2001/11/10 10:51

しろうとです。

アイススケートは圧力で解けているのですが、-25℃というのは、業務用冷凍庫程度の温度ですね。マイナス何十℃になる南極やシベリアでは、スケートもスキーもできないんですか？

No.6 回答者： siegmund 回答日時： 2001/11/10 02:19

物理屋の siegmund です．

stomachman さんの過冷却については，
平凡社の世界大百科の「冷却」の項に
「例えば，1atmの下で，水は約－12℃まで液体でいられる」
という記述があり，岩波の理化学辞典の「過冷却」の項には
「たとえば水は－12℃まで過冷却の状態に保つことができる」
とあります．

その前の平衡状態で加圧の議論ですが，
landres さんは水の相図(横軸Ｔ，縦軸Ｐ)で，液体－固体境界線が
左上がりであるということを見落としておられるようです．
通常の物質は，液体－固体，固体－気体，気体－液体，どの境界線も
右上がりですから，三重点より低い温度で液体はありえません．
ところが，水は極めて特別な性質を持っていて，
液体－固体境界線が左上がりです(これは，氷が水に浮くことと表裏一体のことです)．
したがって，Umada さんの言われるように，圧力下では0℃以下の液体の水が存在します．

高圧をかけると，水の固体(氷)はいろいろな結晶形が現れるようになり，
それらは液体の水より密度が大です．
すなわち，こういう結晶形の氷と液体の水との間の境界線は右上がりです．
つまり，液体－固体境界線は，三重点から左上がりでしばらく行き，
あるところ(～２０００気圧，～－２０℃)で右上がりに転じます．
したがって，－２５℃の液体の水は圧力をかけても無理なようです．

で，結論は，１気圧下の過冷却では無理，
圧力をかけた平衡状態でも無理，
です．
圧力かけて，過冷却は？ --- さあ，困った．
そろそろお手上げです．

なお，水の三重点は 0.01℃，0.006気圧です(landres さんのはミスタイプ？)．

No.5 回答者： stomachman 回答日時： 2001/11/10 00:04

いや、あの、ですね。

ご質問は-25度までの過冷却が可能かどうか、ということかと思うんですが。
-10度ぐらいまでなら過冷却は容易です。静かに冷やしていくだけで、液体であるけれど衝撃を与えた途端に凝固するような不安定な状態のまま温度を下げることができます。
問題は、過冷却の限界温度が幾らか、という事で、こいつが分からんのですよ。

No.4 回答者： landres 回答日時： 2001/11/09 22:57

　氷点下２５℃まで形態を問わずに、固体（氷）以外の状態にしておきたいと言うことなら出来ます。

しかし、液体の純水をと言うので有れば、結論から言って不可能です。

　理由について、下のお二方の回答が当たっている点もあり、間違っている点もあるので補足します。

　水は、温度が0.01℃、圧力が約0.06気圧の点で、氷と水と水蒸気の３つの状態が平衡して共存できます。この点を、三重点と言います。この三重点を越えた、低温低気圧環境では、水は液体状態で存在できません。
　よって、氷点下２５℃で凍っていない状態とは、水蒸気の状態しかあり得ませんから、液体の純水から固体の氷にすることは不可能です。

　ちなみに、三重点以降も固体と気体の境界は存在しますから、taka113さんの言うような氷と水蒸気とが混在した状態になるだけと言うことでは有りません。三重点より低温低圧では、平衡点で氷が直接水蒸気になり（昇華）、また水蒸気が直接氷として凝結します。
　よって、十分に低圧な環境を作れば、氷点下２５℃まで、固体（氷）以外の状態にして置くことが可能となります。

No.3 回答者： Umada 回答日時： 2001/11/09 22:15

氷の融点に圧力依存性がない!?　そんなことはありません。

参考URLに水の相図(簡単なもの)が出ていますが、固相と液相の境界が左に傾いていることに注目下さい。つまり温度が一定であっても、氷に圧力を加えていくといずれは水に変わることが分かります。

圧力に対し水/氷の融点が変化する割合は1気圧当たり0.0074℃です(理化学辞典による)。単純に比例で外挿しますと3400気圧の圧力をかければよいことになります。ただしこれくらいの圧力になると実際に発生させるのは簡単ではないですよ。

なお、何かが溶け込んだ水の凝固点は純粋水より低くなります。taka113さんの回答は逆です。

参考URL：http://www.utnl.gen.u-tokyo.ac.jp/~beam/research …