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ゆきや氷に塩をかけるとなぜ溶けやすくなるのかを調べていたのですが、エントロピー効果がよくわからないのでおしえてください!おねがいします!

A 回答 (4件)

どうも、#2です。



氷→水の速度と水→氷の速度がほぼつりあった状態で
あると考えて、食塩を加えてやると凝固点降下によっ
て水→氷の速度が落ちるため、結果として解けやすく
なるといった感じでしょうか。
この説明の重要な点は氷と水の界面に揺らぎがあるこ
とモル凝固点効果を認めてしまうことだとおもいます。
質問者へのふつうの答えとしては良いと思います。

ただしなぜモル凝固点降下が起きるかという点には答
えていないので不十分ではないでしょうか?
凝固点降下の簡単な説明はエントロピーの立場で与え
ることができます。(原島鮮:熱力学統計力学136ペ
ージなど適当なテキストを参考にしてください)

今の問題を考えますと食塩水と真水では同じ温度なら
前者のほうがエントロピーが高いといえ、すなわち自
由エネルギー(F=E-TS)密度は低いわけです。
氷と水が共存する状態では氷の自由エネルギー密度と
水の自由エネルギー密度は等しいわけで、そこに食塩
をいれてやると水(食塩水)の自由エネルギーが下が
ってしまいます。再びつりあうようになるために、水
分子が氷側から食塩水側に移動して食塩水の自由エネ
ルギーを上げる(エントロピーを下げる)ことになり
ます。
この説明は多少はしょっていて物質の移動があるので
きちんと言うには化学ポテンシルを考えて計算しない
といけないのですが、エントロピーの効果が重要なこ
とはわかってもらえると思います。

このようにこの問題についてはエントロピーが2次的
にしか効かないということはなく、本質的な原因にな
っていると思います。

注)上の式で
E:内部エネルギー
T:温度
S:エントロピー
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#1です。

再び。

そうだったんですか。
「前のご質問」があったのですね。
拝見しました。

固まっている氷になぜ塩が入り込むか? ということの説明のために、そもそもエントロピー説を引き合いに出されたのですね?

それの説明でしたら、こうです。
氷点(摂氏0度)付近の氷や水というのは、ミクロで見ると、融けたり固まったり融けたり固まったり、という、ためらいのようなことを頻繁に繰り返しています。
固体の氷は絶対的に固体、液体の水は絶対的に液体、ということではないのです。
氷点下でも氷は、一瞬ためらって融けます。だけど、すぐに氷に戻ります。これを繰り返しているのです。
だから、塩が水に溶ける「チャンス」があるのです。
この一瞬のチャンスを見逃さなかった氷(水)が塩を取り込み、モル凝固点降下によって、その温度では氷に戻らなくなり、結果として、「塩をまいたら融けた」になるわけです。

このように、なぜ塩をかけると融けやすいか、の説明には、エントロピーは主役になりません。
単なる脇役の脇役にすぎません。
しかし、上記の「ためらい」のところは、実は、エントロピーの話と関係があると言えばあるんですけどね。
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前のご質問での私の答えがたりませんでした。



エントロピーとは簡単にいってしまえば、乱雑さの
ことです。
トランプで考えると赤の札が上半分、黒の札が下半
分にある状態がエントロピーが低い状態です。それ
を適当にきってやると、上半分に黒と赤の札が同じ
くらいふくまれる状態になると思いますが、それが
エントロピーが高い状態です。
同様に塩水の例では、真水と食塩水が別個で存在す
るとエントロピーが低いのですが、混ぜて薄い食塩水
になるとエントロピーが増大します。

閉じた(外から押したり冷やしたりなど操作しない)
システムでは物理学によるとエントロピーが増大する
方向に反応が起きることがわかっています。
たとえば水分子を通すけれど食塩(厳密にナトリウム
イオン塩素イオン)は通さない膜で食塩水と真水を
仕切ってやると水分子が真水側から食塩水側に移動
し食塩水が薄くなります(エントロピーが増大する)。
この時水分子に働いている力が浸透圧です。
氷の融解の場合も氷が解けて食塩と混ざることによ
り、やはりエントロピーが増大します。

あまりうまくかけませんが、こんなもんでどうでしょう。
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「溶ける」でなく「融ける」ですよね?



塩をかけると融ける現象は、「モル凝固点降下」という言葉で調べてみてください。
モル凝固点降下とは、水に不純物が溶けていると、融点が下降する、すなわち氷と水の境目の温度がマイナス何度かまで下がる現象です。


いきなりエントロピーの話まで持っていこうとすると、かなり大変な説明になります。
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