同室温、同容量でとかし始めた凍った液体が、とけ終わるまでの時間が違うのはなんででしょうか?

例えば、水道水の氷、井戸水の氷、雨水の氷、麦茶の氷、炭酸水の氷で実験をしたのですが、順位は左から1位、4位、3位、2位、5位でした。

この順位になる理由とか、どうしてとける時間に違いが出るのかをお聞きしたいと思います。

よろしくお願いいたします。

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A 回答 (3件)

まず、全く同じ容器で解凍したのでしょうか?同じ容器でなければ熱伝導率の違いで差が出ます。

同じようなガラスコップでも色付きの有無や厚さで全く違った結果が出ます。また、一口に水といっても、溶けている微量な物質により融点(ものが熱を加えると溶ける温度)に当然違いがあります。水道水なら消毒剤が入っているだろうし、麦茶なら他のよりも塩分が濃いかろうし、炭酸水なら二酸化炭素が溶けているといった感じです。こういった現象は氷点下(0℃)になってもなかなか凍らない海水などでもよくわかるはずです。
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不純物の混入の他,とけ込んだ空気の量にも左右されると思います.


空気を追い出さずに凍らしたものはカスカスなので,
早く融けると思います.(確証ありません...)
同じ水道水で比較するなら,水道水をそのまま凍らせたものと,
一旦沸騰させて凍らせたもので,違いが出て来るかも知れません.
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混入物と水との結合力の違い、ではないでしょうか。


炭酸水、は、二酸化炭素が入っていますよね?
井戸水には、かなりの混入物があると思います。
雨水にも、大気中の埃が入っているでしょうし、
麦茶には、水道水に加えて麦茶を煮出した成分が入っているでしょうから・・・
そういう順番ではないでしょうか・・・?
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Q自由研究の内容について 「物を凍らせる」実験でのご意見をお願いします。

自由研究で、身の回りのいろいろな液体を凍らせてみようと思っています。
そこで、
・凍るまでの時間
・凍る時の温度
・塩を加えた場合
を調べてみようと思っています。
また、液体は、
水・牛乳・酢・カルピス(原液、1:1,6;1)、炭酸水・フルーツジュース・蜂蜜・シャンプー
を使用しようと思っています。

この実験で、ここに注意した方がよい、こうした方がうまくできる、こういうのも調べてみてはどうか、この液体を凍らせてみればどうか、等ありましたら、教えてください。

Aベストアンサー

十分に低い温度でも凍らない現象(過冷却)もありますから、難しいでしょうね……。

とりあえず、冷凍庫の中は見えませんから、氷と食塩で寒剤をつくり寒剤の温度管理をすることで条件をある程度整えて実験を行えば、冷凍庫の外で実験ができると思います。

凍る・凍らないというあたりで実験をするのであれば、ドライアイスとエタノールの寒剤(-70℃程度)を使っていろいろな液体が凍るのかどうかを調べてみてはどうでしょうか。
不凍液って、本当に凍らないのでしょうか?
お酒は凍らないのでしょうか? お酒と言っても、アルコール度数が違ういろいろなお酒があります。
油はどうでしょうか?
凍らないだろうと思う物をいろいろ冷やしてみるとおもしろいでしょう。

Q氷の溶ける時間の違い

自由研究の質問です。
水、お茶、牛乳、ジュース、炭酸飲料、コーヒーで氷を作り溶ける時間を調べました。各々溶ける時間に差がでましたが、これはなぜですか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

それぞれ水分に含まれる物質の融解温度が違うために溶ける早さが違います。

おそらく逆の方法(凝固)でも固まる温度点が違うはずですよ。簡単に行なえそうな実験としては冷蔵庫のチルド室(-3度前後)にお皿などに少しだけ水道水を入れたものと、牛乳を入れたもの(量は同じ)を2つ用意し入れると、おそらく水道水だけが凍る(冷蔵庫の能力により表面がうっすら凍る程度かもしれません)状態になると思います。
また、砂糖を入れたものや塩を入れた水でも違いが出るとはずですので、興味があれば試してみてください。

*融点や凝固点については調べる物質やその割合により変化しますのでここに書ききれません。

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

Qなぜお茶は早く凍る?

自由研究で物の凍り方・溶け方の研究をしています。
中1なので、初めての研究に戸惑っています。
いろいろな液体で凍り方と溶け方を試したのですが
水より麦茶の方が早く凍り、早く溶けたのです。
麦茶より濃い緑茶で試すと、とても早く凍りました。
これはなぜでしょうか?
お茶に含まれる成分によるものですか?
わかる方がいたら教えて下さい。
もしわかればどんな成分が凍りやすいかなどもお願いしますm(_ _)m

Aベストアンサー

まず、水、麦茶、濃い緑茶が凍る温度を温度計を用いて測定してみてください。
一般に塩水などでは、凝固点降下が起こり0℃では凍らず、より低い温度にしなければ凍りません。
この事例を参考にすると、麦茶が早く凍ることは、逆ではないかと疑問を持たれたのですよね。
とても良いことだと思います。
今回の実験では、どのように温度を下げて凍らしたのですか?
冷凍庫など、十分熱容量が大きく、十分低温(例えば-20℃)のような所に同時に水や麦茶を入れて凍るところを観察したのですか?
この場合、凍る早さは凝固点だけでは決まりません。
どの液体も雰囲気温度(冷凍庫の温度;-20℃)よりも高い温度で凍ってしまうので、凝固点だけでなく、伝熱速度や結晶化速度、凝固熱(潜熱)の影響を受けます。
では、結論として、なぜ麦茶が早く凍るのか?
凝固点が高くなっていて、水よりも高い温度で凍り始めるのならば、溶けるときには、最後に溶け始めるはずですから、実験結果と合いません。
私の考えとしては、麦茶や緑茶などの不純物が混入したために、結晶が最初に生成するときに、それら不純物が核となって結晶加速度を早めているからだと思います。
雨が降るときも空気中の水蒸気がほこりなどを核として、凝縮して雨粒となりますが、それと同じ事が起こっているのだと思います。
よって、純粋な水を凍らせたときと比べ、緑茶など早く凍った氷の結晶は小さくなっているはずです。
結晶が小さいので、溶けるときは早く溶けるということではありませんか?
純水の場合、結晶の核となるものがないので、過冷却現象も起こっているかもしれません・・・
キーワードは、結晶核だと思います。

まず、水、麦茶、濃い緑茶が凍る温度を温度計を用いて測定してみてください。
一般に塩水などでは、凝固点降下が起こり0℃では凍らず、より低い温度にしなければ凍りません。
この事例を参考にすると、麦茶が早く凍ることは、逆ではないかと疑問を持たれたのですよね。
とても良いことだと思います。
今回の実験では、どのように温度を下げて凍らしたのですか?
冷凍庫など、十分熱容量が大きく、十分低温(例えば-20℃)のような所に同時に水や麦茶を入れて凍るところを観察したのですか?
この場合、凍る早...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塩水凍るのが遅いのはなぜ?

小2の子供の科学研究で凍る研究をしました。水道水、麦茶、砂糖水、塩水(それぞれ70CCの水に小さじ一杯の塩や砂糖をとかす)りんご果汁20% りんご果汁100%のもの 6種類です。
一番早く固まったのは 意外にもりんご果汁100% 次が砂糖水。 塩水は シャーベットのようになって1時間半でもカチカチにはなりませんでした。 アルペンザルツの岩塩を料理に使ってるのでそれを使いました。天然のものです。  塩水は早く固まるイメージがあるのですがどうして 凍るのが一番遅いのでしょうか?

その結果は結果としてまとめてもいいものでしょうか?

Aベストアンサー

まず、食塩水の件ですが、これまでの回答に書かれておりますように、「凝固点降下」がおこり、凍結する温度が下がっています。さらに、氷ができる際に、水のみが優先的に凍ります。したがって、凍結が進むほど、塩分濃度が増加し、凝固点も下がってきます。そのために、完全には凍結しなかったということでしょう。
なお、凍っていない部分は、最初に比べて塩分の濃度が高くなっているはずですし、氷の部分の塩分濃度は低いはずです。舐めても害はありませんので、氷の部分と液体の部分の味を比較されてはいかがでしょうか。そのことも、結果として書かれてはいかがでしょうか。

次にリンゴ果汁の件です。リンゴ果汁にはペクチンと呼ばれる物質が多く含まれています。ペクチンは食品の粘度を増す目的で添加される(増粘剤といいます)こともあります。そのため、リンゴ果汁は水よりも粘性が高くなり、はやく固まったのではないでしょうか。たとえば、オレンジジュースなどを使えば、結果が変わったかもしれません。

砂糖水に対する説明は難しいのですが、リンゴ果汁のところで説明したペクチンというのは増粘多糖体とよばれる、糖の一種です。もちろん、砂糖と比較してはるかに大きい分子ではあるのですが、化学的な性質には多少の類似点があります。すなわち、非常に水との親和性が高く、多数の水分子を引き寄せているはずです。強いて言うならば、そのことが凍りやすくなった原因であろうと推察されます。

以上のことは、必ずしも小学2年生に説明可能なことではありませんし、小生の説明が正しいとも言い切れませんが、一般論として、実験結果を最優先して下さい。
そういう結果が出たのであれば、その結果をまとめて下さい。結果に不安があれば、もう一回実験されることをお勧めします。正しい結果であれば、何回やっても同じ事になるはずです。
実験結果に関する説明は、必ずしも完璧でなくてもかまわないと思います。小学2年生に理解できる範囲で書けばよいと思います。

まず、食塩水の件ですが、これまでの回答に書かれておりますように、「凝固点降下」がおこり、凍結する温度が下がっています。さらに、氷ができる際に、水のみが優先的に凍ります。したがって、凍結が進むほど、塩分濃度が増加し、凝固点も下がってきます。そのために、完全には凍結しなかったということでしょう。
なお、凍っていない部分は、最初に比べて塩分の濃度が高くなっているはずですし、氷の部分の塩分濃度は低いはずです。舐めても害はありませんので、氷の部分と液体の部分の味を比較されてはいかが...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液体が凍るとは?

息子がいろいろな液体で凍る温度の違いを見つけたいと考えています。
夏休みの理科の自由研究というシロモノです。本人によると「家庭用冷蔵庫の冷凍室を使用して凍った時間を調べる」そうです。ここで、凍った瞬間を見逃さないためにどうすればよいのか、という疑問が湧いたようです。どなたか、実験方法についてのアドバイスをいただけないでしょうか。本人、失敗からまだ抜け出せない様子です。失敗するのも良い研究とは思いますが。

Aベストアンサー

凍結までの時間は凝固点までかかる時間ですから物量によります。物量を確定させる必要があります。
凝固までの速度ですと容器の形状にも依存します。球に近いほど表面積が小さいので凍りにくくなります。
攪拌の有無で凝固までの時間は変わるでしょう。冷却中にきちんと攪拌する方が曖昧さが除けます。
逆に凍らせるものは一つのもので、容器の形状とか物量とか攪拌の有無を変えて時間を計ったら夏休みの宿題にはよいかも知れませんね。
凝固点をきちんと決めるには冷却中に攪拌し、温度をはかり続ける必要があります。この場合普通は液体の間はわりと速やかに温度が下がり、そのまま過冷却になり、それから温度が少し上がって凍結します。凍ったあと、さらに固体としてなだらかに温度が下がり続けます。横軸時間、縦軸温度のグラフでその固体のフラットな冷却線を逆にもどして(時間の若い方へ外挿して)、もとの降下曲線にぶつかったところが凝固点(温度)です。時間をいうのでしたら、もしかして過冷却から上がったところなのかも知れませんがはっきり決めにくいかも知れません。小学生なら目視で適当に決めてもよいかも知れませんね。

最後に冷凍庫である必要はあるのでしょうか?寒剤という手があります。塩化ナトリウム77.6%、氷77.6%で-20℃くらいには出来ます。上手にやれば塩化カルシウム58.8%と氷41.2%なら-50℃まではいけるはずです。(正確は到達点はお調べ下さい。)

凍結までの時間は凝固点までかかる時間ですから物量によります。物量を確定させる必要があります。
凝固までの速度ですと容器の形状にも依存します。球に近いほど表面積が小さいので凍りにくくなります。
攪拌の有無で凝固までの時間は変わるでしょう。冷却中にきちんと攪拌する方が曖昧さが除けます。
逆に凍らせるものは一つのもので、容器の形状とか物量とか攪拌の有無を変えて時間を計ったら夏休みの宿題にはよいかも知れませんね。
凝固点をきちんと決めるには冷却中に攪拌し、温度をはかり続ける必要が...続きを読む

Qピンチです!自由研究について

こんにちは!
中学生女子です。今とてもピンチです(T_T)
 今年の自由研究は、「氷の実験」をしました。
内容は、牛乳・水・塩水・砂糖水・炭酸水・オレンジジュースを同じペットボトルに入れて、1時間ごとにどんなふうに固まっていくのか変化を取りました。

 塩・砂糖は、7gいれました。炭酸水は、コーラとかではありません。
 5回実験をおこなってみました。

 炭酸はなかなか固まらず、5時間たった時に急にかたまりました。
牛乳・オレンジジュースは、固まるというよりシャーベット状になってから固まりました。
 水・塩水・砂糖水は、あまりスピードはかわりませんでした。

 結果的には、水→塩水→砂糖水→オレンジジュース→牛乳→炭酸水の順で固まりました。

 これの考察をかかなければいけないのですが、考察を書くのが初めてなのでどんな内容を書けばいいのかわかりません。
 アドバイスでもかまわないので、この実験についての考察を教えて下さい。

 説明不十分なところもありますが、よろしくおねがいします!

Aベストアンサー

とても良い結果が得られたと思います。5回も実験されたという点にはたいへん感心しました。ピンチだと思う必要はありません。
私はこの結果を全て説明できるわけではありませんので、「考察」の進め方として参考程度に聞いて下さい。

水・塩水・砂糖水であまりスピードがかわらなかったという結果について、
7gという量が適切だったかどうか、ということがあると思います。濃度は何%でしょうか。それは飽和溶解度と比べてどうでしょうか。飽和まで溶かして上澄みを使うような方法もあったかも知れません。凍らせたものを常温に戻して溶けている間温度は一定になる筈ですから、その温度を比較するという方法もあると思います。

「シャーベット状」は、その意味を考える必要があります。大きな連続した結晶にはならなかったということです。部分的に凍り、その小さな氷の粒と別の氷の粒との境は凍らなかった、ということになります。凍った部分と凍らなかった部分には何の違いがあったのでしょうか。顕微鏡で氷の粒を観察すると何かがわかるかもしれません。オレンジジュースと牛乳が他のサンプルと違って濁っていることも関係しているかも知れません。

炭酸水の結果は、気体が溶けているということが何かの作用をしたのではないでしょうか。炭酸水を凍らせるとき、容器は密閉したのでしょうか、それとも解放してあったのでしょうか。密閉してあれば凍る時に内圧が変化する筈です。アルミ缶の炭酸飲料を凍らせると缶はどうなるしょうか。これに対して容器が解放してあると何が起きるでしょうか。「5時間たった時に急にかたまった」とのことですが、「急に」という点が特徴的だと感じられますか? 5時間程度解放しておいて気の抜けた炭酸水を凍らせたらどうなるでしょうか。

追加実験をできてもできなくても、次にやってみたいことが挙ってくれば中学生の自由研究としては成功していると思います。
実験結果を全て理論的に説明しようとすると大変です。時間に限りがありますから全ての疑問を解消するような実験ができなくて当然です。結果を自分なりに解釈して、次はこんなことをやってみたい、というような形で考察にまとめれば良いと思います。

とても良い結果が得られたと思います。5回も実験されたという点にはたいへん感心しました。ピンチだと思う必要はありません。
私はこの結果を全て説明できるわけではありませんので、「考察」の進め方として参考程度に聞いて下さい。

水・塩水・砂糖水であまりスピードがかわらなかったという結果について、
7gという量が適切だったかどうか、ということがあると思います。濃度は何%でしょうか。それは飽和溶解度と比べてどうでしょうか。飽和まで溶かして上澄みを使うような方法もあったかも知れません。凍らせ...続きを読む


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