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お茶の氷としょうゆの氷。しょうゆの氷の方がずっと早く溶ける理由は？
『氷の溶け方』という自由研究を今年やる事にしました。 内容は、お茶やしょうゆ、塩水等を凍らせて、溶ける時間を調べるという物です。 結果は、しょうゆやソースなどの氷が1分ほどで溶けて、 お茶やアクエリなどの氷が30分ほどで溶けました。 しかし、なぜこうなるのか、理由がイマイチわかりません。 誰か知っている方はいませんでしょうか？ 回答よろしくお願いします。
- Melon_Soda
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- 化学
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間違えたのにまたくるのもなんですが、夏休みは今日まででしょうから、無知を恐れずに書き込みます。 凝固点降下の式からして、何も混じりけがない水が他のどれよりも凝固点（凍る/溶ける温度）が高いのは自明です。 なので、観察された現象から、 凝固点降下が大きい≠溶けるのが速い ということです(正直記載の順になるとは思いませんでしたが）。換言すれば、溶ける速さでは溶けている温度を正確に検出できていないということです。 式から予想されることと、実験で観察している事象が厳密には異なるので、「溶けるのが速いのがおかしい」ではなく、予想される結果と違った場合、その要因を考えるという形の方が自由研究として望ましいのではないかと思います。 実験条件にばらつきがあり、結果が異なったと考えるのが、一番妥当でしょう。 例えば ・「水」としたものが、純水でない。なんらかの溶質が混じっていた。 ・溶媒が違う（エタノールは水より融点が低い） ・気温が違った（周りから受ける熱量が大きければ当然速く溶ける） ・観察固体の形が違った（表面積/体積の大きいほうが早く溶ける 例：カキ氷はブロックより早く溶ける） ・受け皿の熱伝導度の違い（金属の方が熱が逃げやすいため、早く溶けるし、他の材質でも差が出る） ・観察固体の持っているエネルギー自体に差があった など、実験結果を左右するファクタがいくつも考えられます（あえて考えにくいのも入れてます）。 時間もないでしょうから、水とコーラだけでも条件をそろえて、再実験するなどすれば、少しはすっきりするでしょう。 また、氷が解けるのを観察するのは、根源的に誤差の大きい手法ですので、厳密な比較には適さないでしょう。 なので、並べた順番は条件により、変動する可能性があります。厳密な結果を期待するなら、URLで示したような、凝固点降下の温度を直接計測したほうが、結果にぶれがないと思います。
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>水道水を凍らせたものよりも、アクエリやお茶を凍らせたものの方がゆっくり溶けました。 これっておかしいのですか？ 起こった事が正しくて、説明は苦労するわけです(笑) この場合ちょっと説明が出来ません。 ごめんなさい。 いずれにしてもあなたが観察したことが「正しい」のであって「説明できない」私どもは「無能」なのです。起こるだろう事に実験が合わないときは「実験が正しくて（りゆうがあって）」予測が正しいと言うことはあり得ないのです。
お礼
なるほど・・・。 ご回答ありがとうございました。 でも私、『これはおかしいッ』と思って、さっき再実験までしちゃったんですよ。 すると、アクエリよりも水の方がゆっくり溶けたのです。 前回の実験では、表面積や体積、気温が同じ条件になっていなくて、 ああなってしまったのだと思います。 違いますかね？
回答になっていませんが、この問題にはかなり複雑な要因があると思います。 たとえば、凝固点降下が起こっているとするならば、醤油などでは融ける温度が０℃よりも低くなり、純粋な水の場合に比べて、低い温度で融けることになり、その分だけ周囲との温度差が大きくなり、早く融けることになります。 ただし、当たり前ですが、氷は浮きます。また、氷自体に塩分などが含まれることは少ないですから、氷が溶けて生じるのは真水に近いと考えられます。真水は醤油などよりも密度が小さいです。水に醤油を注ぐと醤油が沈むのはそのためです。 だとすれば、醤油から作った氷が溶けて生じた水は、醤油の上の方に来る可能性があります。だとすると、融けて行く過程において、冷たい水は上層にとどまることになります。すなわち、成分の不均一によって、温度も不均一になります。 その不均一さがどの程度であるかということは、ものの種類や量によって違うでしょうし、容器の形状によっても違うでしょう。したがって、単純に凝固点降下だけによって説明しようとするのには無理があると思います。 たとえば、撹拌をすると結果が逆転する可能性もあると思います。 また、そもそもの話として、はじめに用いた氷が同じものではないということも重要です。すなわち、ものによっては完全に凍結するわけではないでしょうから、同等の比較をするのは無理があると思います。 炭酸水であれば、溶液中の炭酸ガスの泡が保温の役割をする可能性もないとは言えません。もちろん泡の状態にもよりますが。また、サイダーなど糖分の多いものは密度も大きいでしょうから、上述の密度の効果が重要になってくる可能性もあります。 いずれにせよ、現実問題として、実験をやり直すのは無理でしょうが、上述のような要因を考慮し、試料によってどの要因が重要になっているかを考察すると良いでしょう。 ・・なかばこじつけ気味な理由になるのもやむを得ないでしょう。
お礼
ご回答ありがとうございました。 ちょっと中学生にとっては難しい内容かもしれないですね＾＾； ちゃんと考察の所に、今までの回答を元に、どうしてこうなったか、という理由をきちんと説明しようと思います。 本当にありがとうございました。
- subaru361
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大変申し訳ありません。下記の件うそを書いてしまいましたので、すぐにでも訂正したいのですが、難しいようです。とりあえずこの場で訂正。下は削除以来出して起きますのでご容赦。 中学生だと説明が難しいような気がしますね。 凝固点降下は以下の式で示されます。 Δｔ ＝ ｋｍ ｋ：モル凝固点降下（Ｋ・kg/mol） ・溶媒１kgに溶質１molが溶けているときの凝固点降下度 ・比例定数（溶媒に固有の値） ｍ：質量モル濃度（mol/kg） Δtは温度の降下の大きさですので、Δｔの大きいほうが早く溶けることになります。 つまり醤油などのほうがお茶よりもΔtが大きい、と言うところまでは実験でわかります。 上記の式からわかることは、同じ砂糖水、塩水なら、濃いほうが早く溶けると言うことです。 で、kは溶媒に対し一定ですから 醤油のΔt（１）＞お茶のΔｔ（２） →醤油のｋｍ（１）＞お茶のｋｍ（２） →醤油のｍ（１）＞お茶のｍ（２） です。 つまり、醤油の質量モル濃度が高いと言うことになります。
お礼
ご回答ありがとうございます。 ですが、やはり中学生にはちょっと難しいようです＾＾； なんとなぁーく、溶質の濃度が高い方が早く溶けるのかな、という風に思ったのですが。 違いますでしょうか？？ あと、また質問なのですが・・・ 私がした実験では、早く溶けた順に、こうなったのです↓ 醤油・ソース・めんつゆ・塩水・100％ジュース・30％ジュース・酢・サイダー・水・コーラ・コーヒー・アクエリ・お茶 水がお茶やアクエリよりも早く溶けるというのは、間違っているのでしょうか？ あと、どこかのサイト様で、炭酸飲料水は早く溶けると書いてあったのですが・・・ 私の実験では、サイダーが26分52秒、コーラが29分22秒でした。 これも間違っているのでしょうか？ わかるようでしたら、回答お願い致します。 お手数かけてすみません。
- subaru361
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中学生だと説明が難しいような気がしますね。 凝固点降下は以下の式で示されます。 Δｔ ＝ ｋｍ ｋ：モル凝固点降下（Ｋ・kg/mol） ・溶媒１kgに溶質１molが溶けているときの凝固点降下度 ・比例定数（溶媒に固有の値） ｍ：質量モル濃度（mol/kg） Δtは温度の降下の大きさですので、Δｔの大きいほうが早く溶けることになります。 つまり醤油などのほうがお茶よりもΔtが大きい、と言うところまでは実験でわかります。 上記の式からわかることは、同じ砂糖水、塩水なら、濃いほうが早く溶けると言うことです。kが一定ですから。 しかし、醤油とお茶は単純に違うものを比べることができません。kの値が溶媒によって違うためです。単純にいろいろなものが溶けているから、というわけではありません。 ということで、その辺をごにょごにょっと言って、Δｔが違うと言うことだけで済ませるか、醤油を水で薄めて、Δtが小さくなることを確かめて、式を示すか、でしょう。本来の目的ではないかもしれませんが、後者のほうがサイエンスの自由研究としては好きですね。
お茶やアクエリアスには「イオン性」のものも「有機化合物」も少ししか入っていません。 一方醤油、ソースなどには塩や有機化合物が大量に溶けています。 両者を凍らせると、お茶などはほとんどが氷です。醤油などは氷の他に塩などが大量に入っています。 水の融点は溶けているものが多ければ多いほど低くなります「融点降下」 同じ事を同じ量の０度のお茶とお醤油に同じ量の氷を入れて試してみて下さい。 同じように醤油の中の氷が圧倒的に早く溶けます。 「原理」は塩や有機化合物が純粋の水(氷）に溶けるとき大きな熱を出すからです。
お礼
ご回答ありがとうござぃます。 しかし、まだ中学生なので、話がよくわかりません＾＾；すみません。 簡単に言うと、 『醤油やソースには色々なものが溶けているから、早く溶ける。 お茶やアクエリには氷以外にあまり溶けているものが無いから、ゆっくり溶ける。』 というコトでよろしいのでしょうか？ それと、あと1つ質問なのですが・・・ 水道水を凍らせたものよりも、アクエリやお茶を凍らせたものの方がゆっくり溶けました。 これっておかしいのですか？ すみませんが、よろしければもう一度ご回答お願いします。
お礼
度々のご回答ありがとうございました。 なるほど、やはり実験条件が正確に整っていなかったために、 こうなったのですね。 先程、水とアクエリアスで、できるだけ同じ条件にして再実験したのですが、 やはり水の方がゆっくり溶けました。 同じように、コーラも今実験中です。 本当に助かりました！これで自由研究間に合いそうです（＾＿＾*）