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子供の夏休みの実験ですが,氷に塩をかけた場合,砂糖をかけた場合,何もしない場合で,塩が一番早く溶けてしまい,砂糖は一番溶けにくいという結果でした.どうしてでしょう?

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A 回答 (14件中1~10件)

こんばんは



砂糖でも塩でも水に溶かせば水の融点が下がります。これを凝固点降下と呼びます。
0度で氷だったものに何かが溶けると、凝固点が下がって0度の水になります。
見た目は氷が溶けたようになります。

ただ融点が下がるには、溶けた粒子(分子やイオン)の数が重要です。
これをモル凝固点降下と呼びます。
1kgの水に1モルの粒子を溶かすと1.858度凝固点が下がります。
あとはこの割合で計算すればいいのです。

砂糖は分子が大きく(分子量342=1モルの重さg )、
塩は小さい(分子量58.5=1モルの重さg )なので
同じ重さにすると塩の方が6倍近く多くの粒子を含みます。
これは同じ重さならば塩の方がモル数が多いということです。

さらに塩は水に溶けると電離して数が2倍になります。
これは同じモル数ならば塩の方が粒子の数が2倍になるということです。

氷に同じ重さの塩と砂糖をかけてみた場合、塩は砂糖の12倍の数の粒子を
かけたのとおなじになりますから、凝固点もぐっと下がります。つまり0度
と凝固点の温度差は塩をかけた方が大きいということです。
凝固点から高い温度にある物の方が速く融けますから、塩の方が速く融けたのです。

おおざっぱな話で塩と同じ速度で氷が融けるようにするには12倍の砂糖が
必要になるということです。でも、そんなにたくさんの砂糖をかけたらなん
だかわからなくなりそうですね。
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meetball様



NaClで1分子とすれば、1モルの分子数は同じですが、イオンになると粒子数は異なると思います。
こちらはnemochan様のスレッドですので、質問は別に立てられる方がよろしいかと存じます。
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この回答へのお礼

みなさま大変ありがとうございました.モル凝固点降下,寒剤,融雪剤,海水は氷りにくいことなど,大変勉強になりました.議論がどんどん盛り上がってどこで締め切ろうかと思っておりましたが,一旦締め切らせて頂きます.重ねてお礼いたします.

お礼日時:2006/09/09 08:14

Bubuca様、再度の説明ありがとうございました。


砂糖と塩では分子量が異なるため、同じ1molでの分子数が違う。砂糖と塩は水に溶かしたときに凝固点降下を引き起こす。凝固点降下は濃度の濃い(分子数の多い)ほうが起こりやすい。純粋な水は0℃で氷になる。モル濃度が上がるほど、凝固点が下がる。凝固点が下がるとは、氷分子の間に砂糖や塩分子が入りこんで水分子同士の水素結合を阻害することである。塩(NaCl)は、電離してイオンになるため2倍量になる。また、砂糖よりも分子量が小さいため、同じ重さだと砂糖よりも圧倒的に分子数が多い。だから、水凝固の阻害剤が砂糖よりも多い。だから、より速く氷中の水素結合がなくなるために砂糖より速く溶けた。
このような理解でよいでしょうか?
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塩の方が砂糖よりも効率的に凝固点を下げるということはこれまでの回答のとおりです。


しかし、氷が融ける(これが正しいと思います。「解ける」は少々文学的であり、科学的ではないと思います。しかし、この「解ける」を使うのは、氷よりもむしろ雪の場合だと思います)理由に関しては異論があります。

食塩や砂糖の場合には、水に溶けるときの熱の出入りはさほど大きくないと思います。ここで、重要なのは氷の融解熱だと思います。

つまり、塩などをかけることによって、凝固点が下がり、塩がかかった氷は0℃では、氷のままでいられなくなります(凝固点降下のため、その温度では水になっているのが安定だから)。したがって、塩によって強制的に融かされてしまいます。
氷が融けるためには大量の熱を必要とします。したがって、融ける際に周囲から大量のエネルギーを吸収します。

結果的に、塩をかけることによって温度が下がることになります。

したがって、現象としては、塩をかけた直後に大量の氷が融けて、温度が急降下します。温度が下がるのは氷の融解熱のためです。塩の溶解熱の影響はわずかでしょう。
その後の、氷の融け方は緩やかになると思います。


・・・子供の自由研究にしては難しくなってしまいましたが、上述の考え方を参考に、塩をかけた場合の融け方を詳しく調べてみてはいかがでしょうか。ただし、塩の量をかなり多くしないとうまく観察できないかもしれません。厳密に実験を行うなら、塩は0℃に冷やしておいた方が良いかもしれません。

砂糖の場合の説明は困難ですね。砂糖の添加によって、水の粘性が高くなり、熱が伝わりにくくなったためかも知れませんし、単なる実験上の誤差かもしれません。
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こんばんは #7のBubucaです。



>凝固点から高い温度にある物の方が速く融けますから、塩の方が速く融けたのです。

わかりにくい話をしてしまってごめんなさい。
「溶けた粒子の数」とは大きさや形に関係なく数えるということで、ネズミ
も猫も犬もライオンも象も人間も一匹と数えるようなもので、粒子も大きな
砂糖の分子だろうが小さなナトリウムイオンだろうが一粒と数えます。
ネズミ100kgと人間100kgではどう考えてもネズミの方が数が多くなる
というようなことを言いたかったのです。

塩をかけた場合も砂糖をかけた場合も、その瞬間は0℃の水と氷であること
にはかわりません。けれども塩をかけた方は凝固点がずっと低くなっていて、
0℃と凝固点の開きは塩の方が大きくなります。凝固点を基準に考えると、
塩をかけた場合の方が0℃は相対的に高い温度になると考えたんです。

水と氷が平衡状態になっているところ -実際に氷は水の状態と氷の状態が
微小に入れ替わって平衡状態を保っていると考えていいのですが- そこに
塩をかけると、水の方に塩がちょびっと溶けて食塩水になって、その部分の
凝固点が下がるので氷にもどらなくなります。そこを中心にして、その周囲
の平衡状態が次々に水(食塩水)のほうに移動していって、ついに全部融け
てしまうと考える方がわかりやすいのかもしれません。
塩が水に溶ける時ときは吸熱しますから、温度は下がっていきます。
砂糖も溶けるときには吸熱だったと思います。

おとぎ話的に言えば、塩をかけられて凝固点が遠くに離れてしまったので、
氷は「あ、おれは今凝固点にいるんじゃないんだ、融けなくちゃ」と思って
融けたのかなぁ、と。
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>Bubuca様


ただ融点が下がるには、溶けた粒子(分子やイオン)の数が重要です。
凝固点から高い温度にある物の方が速く融けますから、塩の方が速く融けたのです。
→このあたりから理解できなくなりました。すいません、補足説明お願いします。
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No.2,4です。


(No.6さん)
>私は 氷は「解ける」のだと思っていましたが
>「融ける」または「溶ける」のでしょうか?
専門家ではないので自信はありませんが「解ける」は文学的な表現だと思っています。
「鉄が解ける」と言われた場合どんな現象を思い浮かべたら良いのかわかりません(鎖がほどける?)。
まして「鉄が溶ける」などと書いたら、鉄が酸か何かでとける方を思い出してしまいそうです。
熱によってとけることを「溶ける」と表現しても間違いでないとは思っていますが、
今回の質問のような場合は、熱によってとける場合(melt)と、液体にとける場合(solve)とを
明確に区別したかったため、あえて漢字を使い分けました。

「溶鉱炉」は「熔鉱炉」または「鎔鉱炉」であった筈なのですが、下手に統一してしまったことが悔やまれます。
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#6の解答について



氷がとける時は「溶ける」でなくて「融ける」だという意見を持っておられる方がいるということでうれしく思います。私は長い間授業でこれを言ってきました。でも自然科学の概念のわからない国語審議会の人が「融ける」=「溶ける」ということで「融ける」を消してしまったのです。国語辞典で「融ける」を引くと「溶けるに同じ」と出てきます。「融」という漢字は補助的な使用に留めることとなっています。国語の漢字のテストでは区別されていません。だから大学入試のレベルでも区別されていないことになります。多分文系の教科書では全部同じだと思います。融点、沸点という言葉が宙に浮いてしまいます。融解と溶解の区別がつかなくなります。この前もTVのクイズ番組で「氷が溶ける現象を何というか」という質問に対して「溶解!  ピンポン!」でした。最近はやりの脳を活性化させるというのに便乗したクイズ番組です。今学力低下が話題になっています。土曜が休みになったからだけではありません。教える側にも概念の理解を曖昧にしている責任があるのです。
文部省検定の工業英語の教科書で「melting=溶解」としているのを見たこともあります。文部省レベルでもわかっていないということです。
他の言葉の例ですが化学では「気化」という言葉は使ってはいけない事になっているというのをご存知ですか。物理では使ってもいいのです。だから気化熱は化学の教科書には出てきません。物理の教科書には出てきます。文部省の学術用語集のレベルです。化学の教科書では蒸発と沸騰を合わせて気化というという表現が出来ません。沸騰は蒸発に含まれる現象であるという訳のわからない説明になります。訳がわからなくても覚えなければ仕方がないという形で大学に入りますから再生産されます。
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雑談ですが


国語について

私は 氷は「解ける」のだと思っていましたが
「融ける」または「溶ける」のでしょうか?
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No.3です


私が余談に書いてしまったのでいけなかったのですが、
アイスクリームやジュースかなにかを氷で冷やしていて、その温度上昇を調べているのではないのですよね?

単純に氷を置いておいて、その氷が融けるかどうかを調べたのですよね?
それとも氷に載せた物質が溶けたかどうかを調べたのでしょうか?
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Q氷と塩 氷と砂糖

氷と塩を混ぜると温度が0度より下がるのですが、
氷と砂糖を混ぜても温度が0度より下がらないのはなぜですか?

氷と塩が混ざった時の温度が0度より下がる理由と
氷と砂糖が混ざった時の温度が0度より下がらない理由を

分かりやすく、詳しく、教えてください。

自由研究でこれに関連した内容をやろうと
思っているので中学生にも分かるよう、
お願いします。

Aベストアンサー

砂糖でも0度以下に下がると思いますが、下がりにくいです。

温度の下がり方には様々な要素が絡んできますが、まず、考えられるのは、含まれる粒子(イオンや分子)の数です。

食塩と砂糖の式量(分子量)は以下の通りです。
食塩NaCl=58.5
砂糖C12H22O11=362
食塩がNa+とCl-のイオンに分かれることを考慮すると、食塩29.25gに含まれる粒子の数と砂糖362gに含まれる粒子の数が同じ(6.0×10^23個)ということになります。
★つまり、質量(重さ)でいうと、食塩の10倍以上の砂糖を加えないとダメだということになります。

そのほか、食塩と砂糖の水に対する溶解度とか、食塩と砂糖の固体から粒子をバラバラにするためのエネルギーの違いとか、様々な原因があると思います。

Q氷に塩をかけるとなぜとけるのか、、、。

自由研究で氷にいろいろな調味料をかけてみた


ところ塩が一番早くとけました。


なぜはやく溶けたのか知りたいので


しっているひとは教えてください><

あと、、、

一番最後は小麦粉でした。

小麦粉はなぜ遅くとけるのですか??

なるべく2つ教えてください。

1つだけでも全然かまいません!!!!!!!!

Aベストアンサー

説明として以下の様になります、抜粋したものです。


凝固点降下は確か小学生でも扱う事実ではありますが、説明をすることはとても困難なことです。
今回はかなり強引な説明をします。

凝固点降下は粒子(分子やイオン)の数が多いほど降下します。つまり大量の塩を入れたり、同じ量を入れる場合でも、粒子の細かいものほど降下します(つまり一見した重さは同じでも、分子が大きい上に溶解度が小さい砂糖より、塩のほうが粒子の数が多いので降下の作用は大きい。溶けない砂は降下作用はない)。

ではなぜそのようなことが起こるのかというと、例えば羊の群れに狼を放つのと同じです。群れの外から狼が近づくと、群れの一番外の羊は狼から遠のくために群れの形が少し崩れます。(群れの結束力を吸収(氷のエネルギーを奪う)してしまう)その空いた空間にさらに狼が…すると羊の群れは四散します。つまり結束力の高い氷から低い水に変わるわけです。
狼は多ければ多いほど崩壊は早くなります。
このとき、狼が来ようが、虎が来ようが、ライオンが来ようが、群れが瓦解することは変わりがありません。つまり肉食獣の数によるわけです。

ただこの説明は必ずしも正確ではありません。正確に説明するには難解な用語を持ち出す必要があるので…

補足します。
塩をかけることによって凝固点降下が起こります。
すなわち、氷の温度(0℃)では食塩水は凍りませんので、食塩をかけた周囲では氷が溶けはじめることになります。つまり、実際には氷の表面ではわずかながら氷が溶けて水になったり、生じた水が再び凍ったりといった変化を起こしていますので、溶けた際に食塩と混ざりあい、凝固点(融点)が低下し、水になったまま氷に戻らなくなってしまうわけです。
さらに、ひとたび水が生じれば、上述の氷と水の間の変化も起こりやすくなり、加速度的に水が発生することになります。

一般に凝固点降下は、溶媒(ここでは水)中の溶質の濃度(厳密に言えば単位体積中の溶質の「粒子(分子やイオン)」数)に比例します。中学レベルで説明するならば、食塩は比較的水に良く溶ける上に、少量でも多くの「粒子」(イオン)を生じる性質があるので、多量の氷を溶かし、温度を下げることができると言うわけです。

水によく溶ける物質であれば、食塩の場合と同様に、上述のことが起こりますので、氷を溶かし、温度が下がる可能性があります。ただし、水に溶けた時に多くの熱を発生する物質は、温度を下げるのにはハンディがあるかもしれませんね。

麦粉、庭の砂
は、溶解するのではなく、濡れるだけです。

砂糖、
は、溶解しますが、塩を同じ溶媒としての機能を求めるには、
数倍の量が必要だし、また、冷たい水には溶けにくい物です。

塩、砂糖、小麦粉、庭の砂、
この中で一番水と仲良しなのは、塩で、
氷を溶かしてまで、仲間を増やそうとするのです。

これは、凝固点の話ですが、
沸点は、逆で、沸点上昇をします。
塩水だと、105度でも沸騰しないのです。

溶媒が溶け込んでいる水の水分子は、水の状態であり続けようとして、
固体になったり、液体になったり、をしたがらないのです。

これは浸透圧とも関連するとても高度で
利用価値の高い化学的現象なのですが、
私の説明は、小学生並ですね。
でも
庭の砂と比較しているのだから、設問も小学生並ですね。


氷に塩をかけると温度が低下しますよね。
そのためには、熱をどこかに放出する必要があります。
その熱を放出するために氷が溶けます。

つまり、氷が溶けることによって熱が奪われ、その結果、温度が0℃以下に下がるということです。

説明として以下の様になります、抜粋したものです。


凝固点降下は確か小学生でも扱う事実ではありますが、説明をすることはとても困難なことです。
今回はかなり強引な説明をします。

凝固点降下は粒子(分子やイオン)の数が多いほど降下します。つまり大量の塩を入れたり、同じ量を入れる場合でも、粒子の細かいものほど降下します(つまり一見した重さは同じでも、分子が大きい上に溶解度が小さい砂糖より、塩のほうが粒子の数が多いので降下の作用は大きい。溶けない砂は降下作用はない)。

ではなぜそのよう...続きを読む

Q氷の溶け方について質問です。

自由研究で「どの飲み物に入れた氷が早く溶けるか」を実験しました。
飲み物は、コーラ、オレンジジュース、牛乳、水、コーヒーです。
飲み物の温度、量はすべて同じです。
その中に氷3つを入れどの飲み物に入れた氷が溶けるか調べました。
氷の大きさ入れた時間すべて同じです。
それで1番早く溶けたのは水でした。
2番がコーヒー。
3番が牛乳。
4番がオレンジジュース。
最後がコーラでした。
この結果を見て普通は炭酸のコーラが早く溶けるって言うんですが
私の実験はコーラが最後でした。
これってやっぱり実験に失敗してしまったのでしょうか?
それと水が1番早く溶けた理由も分かりません。
私なりに調べてみましたが分かりませんでした。
なので分かる方いましたら
なぜ水に入れた氷が早く溶けるのか?
なぜコーラに入れた氷が最後なのか?
教えてください。
お願いします!!!!

Aベストアンサー

さほど不思議な結果ではないように見えます。
液体に入れた氷が溶ける速さに影響するのは主に液体の粘度と熱伝導率です。
粘度が高いと熱の対流(拡散)が起こりにくくなります。水をかき混ぜると氷が速く溶けることを考えれば分かるように、かき混ぜる効果が小さいほど氷の溶ける速さは遅くなります。

つまり例えば牛乳と水とを比べた場合、おそらく牛乳の方が粘度が高いことが予想されるので、水の方が熱を拡散させる効果が高く、より速く溶けることが予想されます。
また、熱伝導率の大きさも一つの要因です。
90℃のサウナと90℃の熱湯は同じ温度でも熱湯の方がより熱く感じると思います。これは理由があって、液体というのは気体に比べて熱を伝えやすいのです。熱湯は自らの温度を素早く物体に伝えるため、より熱く感じるというわけです。
だからコーラが最後なのはかなり納得できる結果です。コーラに入れた氷はたくさんの炭酸ガスの粒で覆われているはずです。水やコーヒーなど完全な液体に包まれた氷と比べると、氷に熱が伝わっていくスピードはかなりゆっくりなものなはずだと考えられます。
またこれは何も液体と気体の間だけにある違いではありません。熱の伝わり易さというのはあらゆる物体の間で異なります。コーヒーと水との間では、水の方が熱伝導率が高いということもあり得ます。

なので、この実験結果はさほどおかしなものとは思いません。きちんと分析すれば優れた自由研究になると思いますよ。

さほど不思議な結果ではないように見えます。
液体に入れた氷が溶ける速さに影響するのは主に液体の粘度と熱伝導率です。
粘度が高いと熱の対流(拡散)が起こりにくくなります。水をかき混ぜると氷が速く溶けることを考えれば分かるように、かき混ぜる効果が小さいほど氷の溶ける速さは遅くなります。

つまり例えば牛乳と水とを比べた場合、おそらく牛乳の方が粘度が高いことが予想されるので、水の方が熱を拡散させる効果が高く、より速く溶けることが予想されます。
また、熱伝導率の大きさも一つの要因です。...続きを読む

Q氷の溶ける速さ

水と砂糖水を固まらせて
どっちが早く溶けるかを
しました。

結果は
水→1時間30分
砂糖水→1時間40分
でした。

なぜこうなるのかを
知りたいです。

ぜひ教えて下さい。

Aベストアンサー

 こういう実験では、温度は普通の摂氏の温度ではなくて、絶対温度というもので考えないといけないのです。絶対温度というのは、絶対温度0度が最低の温度で、何がどうでもそれ以上の低い温度はないという温度です。

 絶対温度での0度は、摂氏マイナス273度です。だから、摂氏で測った温度に273を足して、それで考えましょう。氷が摂氏0度だったとしたら、それは絶対温度273度です。

 例えて言うなら、コップに273ミリリットルの水があるとしますね。水の入っている高さに0という印を書きましょうか。それを摂氏で0度と言っているようなものです。
 コップの水を全部捨てるとしますね。これが冷やすということだとします。コップは空ですから、それ以上水を捨てることはできません。最初の0からマイナス273が空、それが絶対温度の0度です。

 真水の氷や砂糖水の氷を温めるのは、周りの空気ですね。空気が摂氏27度だとしたら、それは絶対温度で300度です。物を温める効率は、絶対温度で考えないと分かりません。
 その空気が氷を温める効率を考えましょう。効率が高ければ、溶けるのも早いはずです
。とりあえず、単純な割り算でいいでしょう。真水の氷は摂氏0度までしか温度が上がりません。氷が全部解けきるまで、ずっと摂氏0度、絶対温度では273度です。気温が27度なら、絶対温度は300度です。効率は、273÷300=0.91、つまり91%です。

 砂糖水の氷も、解けきるまで同じ温度なのですが、後で説明する実験をすると分かりますが、水に何かを解かすと、その氷の温度は0度より低い温度までしか上がりません。解けきるまで、その温度なことは真水の氷と同じです。
 もし、砂糖水の氷がマイナス10度までしか温度が上がらないとします(実は、本当の温度を知らないので仮にマイナス10度としただけです。知りたければ砂糖水の氷の温度を測ってみてください)。すると、絶対温度で263度です。
 263÷300は約0.88、つまり88%の効率です。真水の氷より効率が悪いですね。温める効率が悪いわけですから、解けるのにも時間が余計にかかるはずです。

 理屈ではそうなります。でも、実験がその理屈通りになったかどうかは、本当は分かりません。実験は、考えた理屈以外の理屈も働いているからです。真水の氷を置いた位置が風通りが良かったかもしれない。真水の氷を入れた容器を置いた台の位置の温度が高かったかもしれない。いろいろ、考えられます。

 だから、実験結果は絶対に考えた理屈通りに正しい、ということはありません。だから、実験する人はいろいろ条件を変えながら何度も実験を繰り返します。質問者様の今回の実験も、できれば氷を置く場所を変えたりして、何度もやってみましょう。

 追加実験です。水に何かを解かせば、本当に凍りにくくなるか、つまり解ける温度は低くなるのか、という実験です。
 砂糖ではなく塩を使うといいでしょう。砂糖だと、いくらでも水に溶けていき、ある程度以上砂糖を解かすと、どんどん粘り気が出てきて、実験には具合が悪いのです。ですから、そうならない塩を使いましょう。
 塩をたくさん水に入れて、これ以上どうやっても塩が溶けないところまで、濃い塩水を作りましょう。塩を追加して入れても、溶けずに塩粒が残るまで濃くするのです。鍋に水を入れて火にかけ、沸騰したお湯にどんどん塩を入れて行くと、やりやすいです。火を止めて、それを冷ましましょう。これで、これ以上はないくらい濃い塩水が出来上がりました。
 その濃い塩水をガラスのコップに入れ、同じ量の真水を別のコップに入れ、同時に冷凍庫に入れましょう。時々、冷凍庫をのぞいてみてください。真水は凍り始めても、塩水のほうは凍ってないか、氷かたが遅いはずです。もしかすると、真水がカチンカチンに凍っても、塩水のほうは全然凍らないかもしれません。
 このとき、塩水のほうは、溶けていたはずの塩が塩粒に戻っているかもしれません。それは気にしなくていいです(でも実験レポートには書いておきましょう)。

 これから分かることは、塩水は真水より凍りにくいことです。砂糖水も同じはずです、と実験レポートには書いておきましょう。

 さらに追加実験です。製氷皿はありますか? 四角くて小さい氷を作る道具です。あれば、しめたものです。無ければ、小さなお菓子がたくさん入った箱に、小分けにする薄いプラスティックがあったりしますが、そういうものでいいです。とにかく小さくて、台においても転がったりしない氷を作るのです。

 まず、そういう小さな氷が必要です。まあ、お金を出してコンビニで氷を買ってもいいですけど、できれば廃物利用で工夫したいところです。それも実験の工夫の一つですからね。

 次に木綿糸を用意します。木綿糸は真水で濡らしておきます。

 台の上に、小さな氷を置き、それに濡れた糸を垂らしてみます。糸が少し氷の上に乗るように。糸を持ち上げても、氷は持ち上がりません。

 もう一度、同じように糸を垂らして、糸が乗った氷のところを中心に、少し塩をかけてみます。糸を持ち上げると、うまくいけば氷も持ち上がります。糸が氷に張り付いてしまうのです。
 うまくいかなければ、氷の塩をかけたところをふき取り、何度かやってみてください。何度も繰り返せば、必ずうまくいきます。

 何が起こったのでしょうか。それは、先ほど実験した「塩水は凍りにくい。なぜなら凍る温度が真水より低いから」ということが関係しています。塩をかけた部分の氷は塩を取り込みます。塩水の氷となるわけです。
 塩水の氷は真水の氷より温度が低いのでしたね。だから、真水で濡らした糸の水を摂氏0度より冷やして、凍らせてしまうのです。それで糸の氷と小さな氷が氷でくっつくので、小さな氷が持ち上がるのです。

 これも、真水に何か溶かすと、凍る温度が低くなるということを示す実験です。

 こういう実験では、温度は普通の摂氏の温度ではなくて、絶対温度というもので考えないといけないのです。絶対温度というのは、絶対温度0度が最低の温度で、何がどうでもそれ以上の低い温度はないという温度です。

 絶対温度での0度は、摂氏マイナス273度です。だから、摂氏で測った温度に273を足して、それで考えましょう。氷が摂氏0度だったとしたら、それは絶対温度273度です。

 例えて言うなら、コップに273ミリリットルの水があるとしますね。水の入っている高さに0という印を書きましょうか。それを摂...続きを読む

Q理科 氷の実験について

理科の実験で、氷を解かす実験をしました。
水道水、食塩水、砂糖水、ウーロン茶、アクエリアス、コカ・コーラを氷にして、
溶ける速さを観察します。結果は、
食塩水→コーラ→アクエリアス→砂糖水→水道水→ウーロン茶
の順になりました。
ここで4つの疑問点が出てきました。

(1)食塩水は、ダントツでトップだったが、なぜそうなったのか。

(2)コーラは、最初のうちはとけるのがおそかったが、30分くらいたつと一気に加速した。
 それはなぜなのか。

(3)なぜ不純物の少ない水道水は、溶けるのが遅いのか。

(4)そしてダントツにおそかった(食塩水との差は40分)ウーロン茶は、
 なぜこれほどまでにとけるのがおそいのか。

この4つが一つでもわかる方、ぜひ教えてください。

Aベストアンサー

 水に不揮発性の物質を溶かすと0度より低い温度で氷になります。このような現象を凝固点降下と言います。氷の表面に食塩をかけると水になりますが、これは0度では食塩水が液体のままだからです。そし不純物を含んだ氷は凍るのと同じ温度で液体になります。

 凝固点降下は水溶液に含まれる不純物の濃度によります。つまり二種類の食塩水があると、濃度の高い方が低い温度で個体になり、個体は低い温度で液体に戻ります。食塩水の場合この温度(凝固点)がマイナス20度くらいにまで下がります。(液体が固体になる温度が「凝固点」、個体が液体になる温度が「融点」です。この二つは同じ温度を二種類に言い換えてます。)

(1)凝固点効果は濃度に比例します。そして食塩は電解質なので、水中では粒子が分離しますので、凝固点降下が二倍になります。つまりコーラの中の不純物の半分の食塩を入れると、コーラと食塩水が同じ温度で凝固します。実験の食塩水はコーラの半分より多い食塩が含まれていたのです。食塩の量によって実験結果が変わっていたのです。
残りの物も、濃度の差で違いが出たのだと考えてください。

(2)温度が上がって二酸化炭素が出た(よく言う「気が抜けた」)から、氷が崩れたのでしょう。

(3)二つ目の段落で説明したとおりです。不純物が少ない方がそうなります。不純物が多いと水同士の結合の妨げになるのです。この実験全体に当てはまることなので、最初に書きました。

(4)ウーロン茶の茶色い成分は、塩や砂糖のように水に溶けているのではありません。泥水の泥のように、溶けずに漂っているだけで凝固点降下には影響がありません。そしてお茶は一度沸騰させて作りますので。その時に不純物が取り除かれるので、凝固点はさらに上がることになります。水道水に含まれる消毒剤よりも、ウーロン茶の方が溶けている成分は少ないので、このような結果になりました。時間差は実験室の温度にも左右されますが、食塩水が飽和のような高濃度で実験したのだと考えられます。

 水に不揮発性の物質を溶かすと0度より低い温度で氷になります。このような現象を凝固点降下と言います。氷の表面に食塩をかけると水になりますが、これは0度では食塩水が液体のままだからです。そし不純物を含んだ氷は凍るのと同じ温度で液体になります。

 凝固点降下は水溶液に含まれる不純物の濃度によります。つまり二種類の食塩水があると、濃度の高い方が低い温度で個体になり、個体は低い温度で液体に戻ります。食塩水の場合この温度(凝固点)がマイナス20度くらいにまで下がります。(液体が固体になる温...続きを読む

Q氷と食塩の関係について。

氷に食塩をかけると速く溶けますが、その理由を教えてください。
私が考えたところでは、水の融点が変化することが理由だと思うのですが、うまく説明できないので、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

No.2です。補足します。
塩をかけることによって凝固点降下が起こります。
すなわち、氷の温度(0℃)では食塩水は凍りませんので、食塩をかけた周囲では氷が溶けはじめることになります。つまり、実際には氷の表面ではわずかながら氷が溶けて水になったり、生じた水が再び凍ったりといった変化を起こしていますので、溶けた際に食塩と混ざりあい、凝固点(融点)が低下し、水になったまま氷に戻らなくなってしまうわけです。
さらに、ひとたび水が生じれば、上述の氷と水の間の変化も起こりやすくなり、加速度的に水が発生することになります。

一般に凝固点降下は、溶媒(ここでは水)中の溶質の濃度(厳密に言えば単位体積中の溶質の「粒子(分子やイオン)」数)に比例します。中学レベルで説明するならば、食塩は比較的水に良く溶ける上に、少量でも多くの「粒子」(イオン)を生じる性質があるので、多量の氷を溶かし、温度を下げることができると言うわけです。

水によく溶ける物質であれば、食塩の場合と同様に、上述のことが起こりますので、氷を溶かし、温度が下がる可能性があります。ただし、水に溶けた時に多くの熱を発生する物質は、温度を下げるのにはハンディがあるかもしれませんね。

参考URLに種々の例が示されています。

参考URL:http://www.mlsrc.saitama-u.ac.jp/kiki/table/freezing.htm

No.2です。補足します。
塩をかけることによって凝固点降下が起こります。
すなわち、氷の温度(0℃)では食塩水は凍りませんので、食塩をかけた周囲では氷が溶けはじめることになります。つまり、実際には氷の表面ではわずかながら氷が溶けて水になったり、生じた水が再び凍ったりといった変化を起こしていますので、溶けた際に食塩と混ざりあい、凝固点(融点)が低下し、水になったまま氷に戻らなくなってしまうわけです。
さらに、ひとたび水が生じれば、上述の氷と水の間の変化も起こりやすくなり、加速度...続きを読む

Qなぜ、砂糖水を凍らせると、ふつうの氷より、はやくとけるのですか?

なぜ、砂糖水を凍らせると、ふつうの氷より、はやくとけるのですか?

Aベストアンサー

たぶん融点が変わるからです.
沸点も変わるはずです.

物質というものは,不純物が混じると物理化学的性質が変わるのです.
例えば塩を溶かすと沸点が上がるというのは有名な話です.
また,水酸化ナトリウムを純粋に混ぜるとよく電気が通るようになるのも有名な話です.

Q氷の溶け方の自由研究

自由研究で、「氷の溶け方」をしました。
もう終わったんですが、結果があたってるのか不安です。
これであたってるんでしょうか??
(溶けるのが早い順)

ポカリ→コーヒー→水→牛乳→緑茶

回答おねがいします!!

Aベストアンサー

中学生の方でしょうか?

簡単に出来る自由研究の定番なので、答えは調べれば(ネット上でも)見つかります。

ただ、それだけ書いてもつまらないので、
どういう目的の実験か、どういう方法で行ったか(細かい条件など)、結果はどうか。
ということをまとめて、
結果についても既に分かっていることなので、予め予想も書いておくのが良いでしょう。

実験が終わったあと結果は予想したとおりのものだったか、
そうでなかったのであればどうして結果が思ったとおりに出なかったのか、
などを考察として書くのが良いでしょう。

結果が合っていることより、予想通りの結果が出なかった方が、考察としては面白いかも知れませんよ。

Q氷に塩をいれるとマイナス10度Cくらいまで下がりますが

子供がお茶を早く冷やすのに精氷機の氷の中にペット
ボトルを埋めていましたが、上から食塩ふったらもっと
下がって冷たくなると教えてやりました。
実際表面に氷がつくくらい冷えましたが、どうして下が
るのか聞かれて返答に困りました。
どんな原理でしたか?

Aベストアンサー

固体から液体に相変化を起こすには、融解熱が必要になります。(液体から固体の場合は凝固熱を放出)
これは、ある決まった配列に並ぶことで安定化した状態である固体を、分子(原子)が自由に(乱雑に)動ける液体にするためのエネルギーにあたります。

通常の融解では、

  まわりから熱を受け取る(奪う) → 融解(配列解除)

という順序になり、融解が起きている間は温度が一定になります。これが「融点」です。

ところが、氷に塩を加えた場合は、氷を作る水分子の間に、一部溶解していた水に溶けた塩化ナトリウムから発生したイオンが入り込むことで、融点とは関係なく、氷の融解が引き起こされます。

この結果、

  融解(配列解除) → まわりから熱を受け取る(奪う)

と、通常の融解とは順序が逆になるため、氷の融点よりも低い温度をつくることができるようになります。


・・・なんですけど、子供にこれを説明するとなると・・・
「氷が早く溶ける分、速く冷えるのね」といった説明あたりが無難ではないでしょうか。

Q氷の溶け方

学校の自由研究で実験をしていて結果が出たんですけど、なぜこうなったかがわかりませんでした。
テーマは「物質による氷の溶け方の違い」なんですが

塩水→オレンジジュース→牛乳→お茶→水


だったんです。
なぜだかわかる人教えてもらえませんか?

Aベストアンサー

「氷が溶ける」のは何故でしょう?それは、「氷」の状態を保つ条件が失われる為です。ご存知の通り、「温度」「熱」の問題です。それぞれの液体の熱が「氷」に伝わり溶けた訳です。
ところでそれぞれの水溶液の量は正確に同量とされたのでしょうか?
また容器や室温も同じ条件を設定できましたか?
条件の設定や実験の目的を考える段階で、既に「熱伝導」について考えなければなりません。厳密には、氷の大きさ(量)や温度についても正確な計量・計測が必要です。


結論は、各水溶液の熱伝導率が違うからです。また「液体」は個体と違い「対流」が起きますので、暖められた溶液は上昇し、「氷」に熱を奪われた氷の周辺の液体は、下降します。この「速さ」は液体の濃度(ドロドロ度)によっても違いがあるはずです。溶液の濃度と比熱(温度変化)は正確にはとても難しい理屈の様です(http://www006.upp.so-net.ne.jp/h-fukui/93SpcHeat.html)

質量や体積が同じでも物質が違えば、同じように温まる速さに差がでることです。たとえば、油と水の場合です。油の方が早く温まり、早く冷めます。

「氷が溶ける」=溶液の熱が伝わり、「氷」を暖める

それぞれの溶液の質量が同じならば、それぞれの溶液の「比熱」の違いから起こることです。
これは、物質によって比熱が異なるからです。比熱とは1gあたりの物質の温度を1度あげるのに必要な熱量のことです。つまり、比熱とは、物質1gあたりの熱容量ということになります。 比熱は大きくなるほど、温まりにくく、さめにくい性質をもっています。


こうした比熱の違いを生んでいるのは、それぞれの溶液にふくまれる物質の種類や量によって、溶液全体の「熱伝導」に違いが生じるからです。

「氷が溶ける」のは何故でしょう?それは、「氷」の状態を保つ条件が失われる為です。ご存知の通り、「温度」「熱」の問題です。それぞれの液体の熱が「氷」に伝わり溶けた訳です。
ところでそれぞれの水溶液の量は正確に同量とされたのでしょうか?
また容器や室温も同じ条件を設定できましたか?
条件の設定や実験の目的を考える段階で、既に「熱伝導」について考えなければなりません。厳密には、氷の大きさ(量)や温度についても正確な計量・計測が必要です。


結論は、各水溶液の熱伝導率が違うから...続きを読む


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