寒剤における融解熱

あるサイトの「寒剤」のところに次のような記述があります。
　「氷と食塩を混合すると氷は融解熱を吸収して水になり、食塩はその水に溶けるときに融解熱を吸収するので温度が下がる」
　上の文の”氷は融解熱を吸収して水になり”の融解熱は周りの空気から取るのでしょうか。
　”食塩はその水に溶けるときに融解熱を吸収するので”の融解熱は溶解熱と受け取ってよいのでしょうか。
　どなたか教えていただけると助かります。よろしくお願いいたします。

No.3 ベストアンサー 回答者： DexMachina 回答日時： 2006/07/02 21:00

遅くなりました、No.1です。

『寒剤』(「氷＋何か(=食塩など)」の場合)のメカニズムを簡単に説明すると、
　氷に溶質を追加
　→　氷表面に溶質が侵入
　→　水の結晶構造が崩れて、氷が融解
　→　融解熱を吸収して、温度が低下
ということになるかと思います。
(なお、「アセトン＋ドライアイス」等の場合は、「接触面積の増加」がメインと
　なり、話が変わります；寒剤が出せる温度はドライアイスの融点通り)

ここで、「ある溶質と氷」の組み合わせが「寒剤」として有効になるためには、
「溶質の溶解熱が小さい(できればマイナス(=吸熱))」であることと同時に、
『固体の氷』に『溶質粒子』が侵入できるかどうかも大きなポイントになります。
つまり、単原子イオンであるナトリウムイオンや塩化物イオンに比べ、
砂糖(ショ糖)は分子が大きく、その分、氷の表面に侵入しにくいため、
寒剤として使用しようとするとあまり温度が下がらない、ということです。


> 溶質は関係なく、濃度のみが関係すると言う記述が横行しているのでしょうか。

恐らく「→　水の結晶構造が崩れて、氷が融解」の部分を「(モル)凝固点降下」という
言葉で説明されているサイトをご覧になられたものと推測します。

確かに、「溶質侵入による氷の融解」自体は「凝固点降下」そのものになります。
ですが、上で説明したように、寒剤として実用に耐えるには、「溶質の溶解熱」や
「溶質の侵入速度」も考慮に入れる必要があります。
従って、「溶質は関係なく、濃度のみが関係」という説明が「モル凝固点降下」に
対してつけられたものでしたら正しいのですが、
もし「寒剤として使える組み合わせ」に対してのものだとすると、
「モル凝固点降下」という言葉に引きずられての誤解があるのではないかと思います。
(そのサイトを見ていないので、あくまで推測ですが)


*内容を考えて、「一般人」から「経験者」に改めました。
　・・・どうでもいいことかもしれませんけれど(汗)

この回答へのお礼

DexMachina様、doc_sunday様
　丁寧で、分りやすいご回答感謝いたします。
冬季間、高速道路などでよく使われる寒剤もメカニズムを考えると奥が深いものだと感じました。
　色々勉強させていただき本当にありがとうございました。

お礼日時：2006/07/02 21:32

No.2 回答者： doc_sunday 回答日時： 2006/07/02 18:44

>「寒剤」と言われるものは水や氷に接すると、どのようなメカニズムで熱を放出するのでしょうか。

それは溶解のエンタルピーと融解のエンタルピーの結合によって起きます。つまり寒剤と氷が触れた場合、寒剤と水が触れた(つまり水溶液になって溶けている）場合より、「系全体として」熱力学的に有利になっている。砕いて言うなら「氷を溶かしてでも同じ温度の水溶液になりたい」と[寒剤」様が思うので氷から水分子を奪って行く訳です。氷の方から見れば氷を水にされたので融解のエンタルピー分熱を奪われ、系全体の温度は下がってしまいます。

>また、べつのサイト（複数）には塩でなくても問題は濃度なので砂糖でも氷と混ぜると温度が下がるとありましたが、やってみましたが下がりませんでした。
なぜ、このような現象には溶質は関係なく、濃度のみが関係すると言う記述が横行しているのでしょうか。

実際には温度は下がります。塩化カリウムより食塩の効率が低いように、溶解のエンタルピーの大きさが違うため気楽に「砂糖でも起こるよ」と言うのですが、実際は水への溶解度の関係から実現は困難だというのが実情です。
気を付けたいものですね。
m(_ _)m

No.1 回答者： DexMachina 回答日時： 2006/06/30 20:45

ごらんになったのはこちらのサイトでしょうか；

http://www.kagakukan.sendai-c.ed.jp/yakuhin/yak/ …


> ”氷は融解熱を吸収して水になり”の融解熱は周りの空気から取るのでしょうか。

直接的には、「氷(と水)と食塩自体」になります。
つまり、「寒剤自体の温度低下」が起こるということです。
で、その寒剤が空気にしか触れていないなら、結果的には
sakura54さんが考えられた通り、空気から熱を奪うことになります。

> ”食塩はその水に溶けるときに融解熱を吸収するので”の融解熱は溶解熱と
> 受け取ってよいのでしょうか。

確かに食塩(塩化ナトリウム)の溶解熱は吸熱になっていますし、
ここでの現象もあくまで「融解」ではなく「溶解」ですので、そのご理解でよいと思います；
(そこでの「融解熱」は打ち間違いで、その誤字に気づかずリンクを張ってしまわれた
　のではないか、と)
http://www.keirinkan.com/kori/kori_chemistry/kor …

この回答へのお礼

DexMachina様
　早速のご回答感謝いたします。
　私の見たサイトはご指摘のサイトです。DexMachina様のご説明自体は大変ていねいで私にも理解できたのですが、次の点が良く分りません。

＞（融解熱の源は）直接的には、「氷(と水)と食塩自　体」になります

　「寒剤」と言われるものは水や氷に接すると、どのようなメカニズムで熱を放出するのでしょうか。
　また、べつのサイト（複数）には塩でなくても問題は濃度なので砂糖でも氷と混ぜると温度が下がるとありましたが、やってみましたが下がりませんでした。
　なぜ、このような現象には溶質は関係なく、濃度のみが関係すると言う記述が横行しているのでしょうか。

　何回もすみませんが教えていただけるとうれしいです。よろしくお願いいたします。

お礼日時：2006/07/01 08:33