塩水凍るのが遅いのはなぜ？

質問

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？

回答No.5

noname#62864 · 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。

お礼

子供が赤ちゃんの頃　ウンチが柔らかいときはりんごジュースを飲ませて、オレンジジュースはいけないと聞いたのもまんざら関係のない話ではないのですね。

２年生なりの観察と結果でいいかな～と思いました。し始めるとこうして疑問や　またこんなのをしたら、今度はああしたら、とアイデアは膨らみますよね。それが一番の成果のように思いました。　ありがとうございました。

回答No.4

1fan9

水が、氷になるときは、水分子が整列してきているとおもいます。
塩化ナトリウムのように、解けると電解して、とても細かく分かれるものではその整列を乱す作用が大きいと考えられます。塩水は、海水で代表されるようなかなか固まらないですから遅く固まるイメージです。
また、岩塩でも海の塩でも、一定量の水に溶かせば、凍り方に大差はないはずです。

しかし、それぞれの溶質のモル濃度などが分からないため、考察はしにくいです。砂糖をどれくらい溶かしたのか、塩をどれくらい溶かしたのかで、結果は変わりますから。。。科学的にまとめようとすると、難しいかもしれません。

お礼

そうなんです、２年生で科学・もおこがましいのですが　身近なところで考えるきっかけになればと思いました。　子供も１５分のタイマーで張り切って冷凍庫を開けては　結果を楽しみにのぞいてましたので　それはそれでいい経験になったと思います。ありがとうございました。

回答No.3

mana_ko

先の回答通り、水に物質を溶かすと凝固点降下という現象が起こり、０度以下の温度で凍りますね。
（何度で凍るかというのはその物質によって異なりますが、ここまでは小学生には難しすぎますし、そもそも果汁や水道水には様々な物質が含まれますので、大がかりな解析になってしまいます。）

砂糖と食塩を同量溶かしたのに砂糖水の方が先に凍ったという点について。化学的に物質の量（モルという単位）を量ると、砂糖の方がスカスカなのです。重さが同じでも、食塩の方がずっと凝縮されています。ですから、％で表す濃度が同じでも、実は塩水の方がモル濃度が濃く、よって凍る温度が低い、ということになります。

また、食塩水が純水（蒸留水）よりも低い温度で凍り始めることは、実はよく知られていることです。岩塩には塩化ナトリウム（ＮａＣｌ、食塩の主成分）の他に多くのミネラルが含まれていますので、余計に凝固点が降下したのでしょう。

同じ果汁でも１００％の方が早く凍ったのですね。
これは、２０％の方に入れた８０％分の水道水の不純物の方が多かったのでしょうね。
もっと正確に実験するのであれば、蒸留水でするべきでしょう。（薬局で売っている精製水で大丈夫です）

もし、実験をし直せるのでしたら、蒸留水を使って、砂糖水・塩水（これも、食卓塩というＮａＣｌ濃度が高いものを）の濃度も変えてやってみてはいかがでしょうか？
すると、同じ物質なら多く溶かしたものほど凍るのが遅い、という結果が得られます。
それを踏まえて、いろいろなものを同じ濃度に溶かしたものを比べる。そこで食塩水が一番遅いとなれば・・・「同じ量を溶かしたつもりだったけど、塩って一番中身が詰まってて濃いんだ」という結論になるのではないでしょうか？

専門家ではないのですが、私がその実験をまとめるなら・・・という観点で書かせていただきました。

お礼

なるほど　濃度を変えたり　精製水で正確を期すのは来年に繋がる実験になりますね。　一つのテーマを学年が追うごとに膨らませるのも　なかなかいいと思いました。子供のおかげで私も物知りになりました。ありがとうございました！

回答No.2

noname#64620

時間に関しては良く分かりませんが。。
凝固点降下というものがあります。
多分中学で習うことになると思いますが。
その作用がモル濃度できまります。
濃ければ濃いほど凍る温度が下がります。
濃いとは質量でなくあくまでモル濃度ですが。この辺は小学生には無理と思いますので。
凍るまでの時間は分かりませんが、こおる温度が下がるので結果的に時間がかかると思います。
雪が凍結しないためにまいたりするでしょ？

お礼

たしかに　凍結防止で塩をまいてます！　　なんだか偉くなった気分です。　　納得しました、ありがとうございました。

回答No.1

noname#72492

塩などを水に溶かすと、水の凍る温度（凝固点）が下がって凍りにくくなります。この効果は、分子量やら電解するかどうかなどの、溶かすものの性質で変わってきます。同じ重さの塩の方が砂糖よりも、この効果が大きいのでこのような結果になります。塩水が早く固まるイメージはおそらく、塩水に氷を入れたボールでシャーベットなんかを冷やしたりするのを知っているからでは？氷を入れた塩水だと水の凍る温度（凝固点）が下がって、0℃以下の氷水ができるのを利用しています。

お礼

そうなんです！　子供の頃ボールにカキ氷と塩をいれ、その中に小さいボールをいれ　アイスクリームの材料を入れてまわすと固まった記憶がありました。そのせいでか　しお水が早く固まる固定観念があったのですね。
すばやい回答、大変助かりました！ありがとうございました。