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氷と塩で温度を下げることができる理由って?

   

氷と塩で温度を下げることができる理由って?

アイスクリームを作ったり、ジュースやビールを早く冷やしたりするための方法として、氷と塩を利用する方法があります。確かに氷よりも冷たくなるのことは納得できても、どうして氷と塩で温度を急激に下げることができるのかが理解できない!ということで、氷と塩で急激に温度を下げることの仕組みについて調べてみました!

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塩が氷の温度を下げる訳(Q&A)

氷に塩をかけると温度が下がる原理を教えてください。
また、塩のほかに温度を下げる物質にはどのようなものがありますか?

引用元-氷に塩をかけると温度が下がる原理を教えてください。また、塩のほかに温… – Yahoo!知恵袋

氷点降下(ひょうてんこうか)といいます

水は0度になると水の分子同士が規則的に手をつないだ状態になり、氷になります。
0度より高くなると分子はそれぞれ動きだし、手が離れて水に戻ります。
分子同士の手を離した原因となったのは温度、つまり熱です。
熱が加わると(0度以上になると)水の分子は手を離してしまいます。

ですがこれは純粋な水の場合で、ここに塩が加わると話は変わります。
塩の分子は水の分子と簡単にくっつきます。
塩を混ぜた水(食塩水)を凍らせようとした場合、0度になって水の分子同士が手をつなごうとしても、間に塩の分子が入り込んでじゃまをして、水の分子はなかなか手をつなぐことができません。
水に溶けている塩の量によって温度に差はありますが、だいたい−10度〜−20度ぐらいになって初めて手をつなげる(氷になる)ようになります。
そのため氷に塩をかけると温度が下がるのです。

これは塩以外の電解質でも同様の事が起きます。

引用元-氷に塩をかけると温度が下がる原理を教えてください。また、塩のほかに温… – Yahoo!知恵袋

氷と塩の関係

氷はゆっくり溶ける性質を持っていて、氷が溶け始めて〜氷が完全に溶け終わる迄、氷は0℃のままです。

その氷に塩をのせると氷は速度を増して溶け始めます、
このように塩は氷が溶ける速度を早くする性質があります。

もう一つの性質は、塩は氷を溶かすときに周囲の温度をどんどん下げる性質です、塩を掛けた氷は0℃より更に下がります。
純粋の水は0℃で結晶になりますが塩水は0℃より低い温度で結晶化します。
これが凝固点降下です

この2つの性質で、塩は温度を下げるため自らのエネルギーを取ることとなる為氷は早く溶け、その分氷の温度を下げるということです。

ここで身近な例を見てみましょう・・・
家庭でアイスクリームを作るとき容器周囲に氷を置きそこに塩をふります
これは氷を極端に低い温度にしてアイスクリームを固める為です。
また融雪剤に使用し道路に積もった雪を早く除去する為にも用います、
融雪剤には塩化カルシウムを主成分して含まれており凝固点降下によって溶けた雪の再凍結も起こりにくくします。

引用元-氷に塩をかけると長持ちするのか?|秋田の氷屋秋田製氷

氷は溶けてなんぼ

いきなり難しい話になりますが、氷の融解熱(氷が融けるときに周りの熱を奪う量)は約80cal/gです。
これは1gの氷が融けると80calの熱を奪うということで、言い換えると100gの氷が溶けると800gの水の温度を10℃下げるということです。
わかりにくいですが、100℃の熱湯100gに、100gの氷を入れてみればわかります、
融解熱というものがなければ、50℃の水が200gできるはずですが、融解熱によりもっと温度の低い水になります。

「溶けることによって熱を奪う」は、「溶けなければ冷えない」ということにもなります。
この80cal/gという氷の融解熱は普通に使える物質としてはナンバー1です。
市販されている保冷材も中身の大部分は水ですので、融解熱も水とほぼ同じです。

引用元-氷と保冷剤

塩の役割は?

氷に塩をかけると、融けていた水に塩が溶けます。
塩が水に溶けるというのは、塩を構成している塩素とナトリウムの結び付きが切れて、塩素がマイナスの電気を帯び、ナトリウムがプラスの電気帯びてイオン化してその周囲に水分子を電気的に結合させて安定することです。
このとき、エネルギーを必要とするので周囲から熱エネルギーを奪いますから、周囲の温度が下がります。
逆に熱を放出する物質がありますが、溶質が溶媒に溶けるときの熱の出入りを溶解熱と言います。
砂糖が顕著ですが、砂糖水を作るときに加熱すると、より溶けるのは溶解熱を外部から与えているからです。

もうひとつ大事なことは、塩水を凍らせるには、水分子から塩素やナトリウムのイオンを離さなければならないので、そのためのエネルギーを外部から必要とするので水が凍る0度では凍らないということです。

引用元-氷に塩をかけると冷える理由

凝固点降下を利用したアイス作り

まず、「凝固点降下」について知っておこう!

例えば、お湯などに氷を入れるとお湯の温度が下がるね!そして、氷も融けちゃう。
つまり、氷が融けるときに周りの温度下げる働きがあります。
氷に濃い食塩水を混ぜると、氷の温度である0度よりも低い温度の溶液になります。
このことを凝固点降下と言います。
特徴としては水が氷になる温度が0℃だが凝固点降下した溶液は0℃以下になる上、液体という点があります!
個体ではないのでアイスを作る材料を全体に冷やすことが出来ます。

この性質を使って乳製品を凍らせるとアイスが出来ます。現在では、機械などを冷凍庫に入れスイッチを入れるだけでアイスが作れるというものがあります、昔の人はこの方法でアイスを作っていました!!

今回は、昔ながらの製法でアイスを作っていきましょう!!

用意するもの
牛乳
生クリーム
全卵
卵黄
砂糖
バニラエッセンス 3,4滴

どんぶり
焼肉タレ用のお皿

1.どんぶりに氷と水・大量塩を入れる(氷はできるだけ多めで・塩の代わりに、にがりを加えるのもよく冷えます。)
2.焼き肉のタレ用のお皿に牛乳・生クリーム・バニラエッセンスを入れる。
3.材料を入れた焼き肉のタレ用のお皿をどんぶりの中に入れ、ひたすらかき混ぜる!!
(かき混ぜているとだんだんクリーム状になっていきます。)

ポイント
・氷はぎっしり敷き詰めて。お皿が揺れないようにする。(かき混ぜやすくなります)
・混ぜてもアイスにならない・・・・←かなりかき混ぜる必要があるので根気強くやること!!
・出来上がったアイスクリームにチョコクッキーなどを砕いて加えると最高にうまい!!

引用元-手作りアイスクリーム!凝固点降下を利用したアイス作り! : 月光さんのブログ

まとめ

塩以外の電解質でも同じ効果を期待できるとは、面白そうですね!

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