氷の日、塩との関係、結晶とはなぜか。

毎年6月1日は「氷の日」です。ご存じでしたか、

1: 氷と温度の関係

1-1: 氷に塩を入れると温度が下がる理由とは?
氷に塩を混ぜると、とける速さが増し、まわりから急激に熱を奪います。
氷がとけてできた水に塩がとけていきますが、この時にもまわりから熱を奪います。
この二つが一緒になって、まわりの温度が0℃以下まで下がります。

1-2: 氷が0度以下になるメカニズム
水は0℃で氷になります。
塩水は0℃より低い温度にならなければ凍りません。

1-3: 塩を入れることで氷の温度がどこまで下がるのか
氷と塩とを質量比で3対1でまぜると、うまくいけば-20℃まで温度が下がります。

 

2: 氷の温度変化に影響を与える要因

2-1: 氷の温度が影響を受ける物質とは?
氷の元になる水には、水以外の不純物(塩素、空気など)が含まれます。
この不純物が凍結すると、その部分が白くなってしまいます。

2-2: 塩が氷の温度変化に与える影響
溶ける速さがはやくなり、急激にまわりから熱を奪います。
まわりの温度が0℃以下まで下がります。

2-3: 水が凍る温度と氷が溶ける温度の関係
水は基本的に0℃で凍りはじめ、すべて氷になるまでは0℃のままです。
水がすべて氷になった後は、氷の温度が下がっていきます。最終的には冷凍庫内の温度と同じになります。
冷凍庫からだした氷は、表面から徐々に温度が上がっていって、0℃になると溶け出します。

3: 氷の種類

3-1: 純氷は食べられますか。
不純物を含まない氷なので、食べてもおいしく、お酒等に入れても薄まりにくいので、最高の状態を味わえます。

3-2: 氷の種類と名前
浮氷:水に浮いているあらゆる形態の氷。海氷、陸氷、湖氷、河氷などがあります。
海氷:海氷が凍結してできた海で見られる全ての氷。
陸氷:陸上または、棚氷で形成され、水に浮いている氷。浅瀬や陸に乗り上げたり、接岸している氷も含まれます。

3-3: バーで使われる氷の種類
標準のアイスキューブ
大きなアイスキューブ
アイスボール
コリンズの槍
クラッシュアイス
ドライアイス
クリスタルクリアアイス

 

4: 氷は結晶

4-1: 氷晶の読み方
大気を0℃以下に冷やしたときにできる微細な氷を結晶といいます。
大気中の水蒸気が低温で飽和した場合に、昇華によって直接固体になり、氷晶となります。

4-2: 氷の結晶ができる温度
氷の結晶の大きさは、凍る温度とスピードが関わっています。
食品がもっとも早く凍る(氷の結晶が成長しにくい)温度は-40℃付近です。
氷の結晶がもっとも大きく成長するのは-5~-1℃です。
氷の結晶は、最初に薄い円盤状の結晶ができ、時間と共に結晶の形が発展し、六回対称の樹枝状結晶へと変化していくのが特徴です。

4-3: 氷と結晶の違い
ふつうの氷は液体の水がこおったものです。
前後左右上下すべての方向に水の分子が規則正しくならんています。
雪の結晶は気体の水、すなわち水蒸気が凍ってできたものです。
この時、最初にできた氷のごくごく小さな固まりからある決まった方向にしか水の分子が整列していかないために、平面的な結晶ができるのです。

5: 氷

5-1: 氷はどのくらいで溶ける
家庭用冷凍庫の氷:夏、約1~2時間 春、約2~3時間
コンビニの氷  :夏、約4~5時間 春、約5~7時間
氷屋の純氷   :夏、約5~6時間 春、約6~8時間

5-2: 氷はなぜ正四面体
氷の結晶を構成している水分子の配列にあります。
1つの水分子に注目すると、酸素原子(O)と、2つの水素原子(H)で形成されています。
隣には4つの水分子があり、水素原子を介してつながります。
これを直線で結ぶと正四面体になります。

5-3: 氷は水よりなぜ軽い
多くの物質の密度は固体、液体、気体の順に小さくなります。
水はすこし違っています。
固体である氷の方が液体の水よりも密度が小さいのです。
このためコップに入った水に対して氷は浮くし、北の海でみられる流氷も海面を漂っているのです。

6: 考察

知っているようで、知らないこともあり、氷をみているだけで癒やされる、私にとっては学べたような気がします。
暑い季節に限らず氷は、とても必要ですよね。
おいしく頂いたり、冷やしたりしましょうね。

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