塩水の氷

質問

塩水を冷やすと氷ができますが、塩水を冷やしてできた氷の中には塩分は全く含まれてないのでしょうか？

回答No.6

yoisho

自信ありとしながら、ウソを書いてしまいました。
下の回答は無視して、こちらを読んでください。(^_^;)

－21.4℃以上では純粋な水の氷ができ、それ以下の温度では食塩水の氷ができます。

急速に冷却すれば、－21.4℃以上でもしょっぱい氷ができますが、これは氷の中に高濃度の食塩水が閉じ込められたもので、ミクロなレベルで見ると、氷の部分は純粋な水の氷になっています。

食塩水を冷却していくと、例えば５％の場合凝固点効果の影響で、およそ－2.5℃くらいから氷が生成し始めます。（現実には過冷却という現象があり、もっと低い温度になってから急速に凍り始めるのですが、それはおいておいて・・・・・）

このとき、かなり緩やかに冷却していると、純粋な水の大きな塊ができますが、冷却が速いと氷の隙間に食塩水が留まることになります。
そして氷が成長するにつれて、水だけが凍るわけですから閉じ込められた食塩水は濃縮されていきます。温度を下げるとさらに濃縮が進み、溶液部分の凝固点が下がりますので、その温度での氷の成長は止まり、結晶が析出することはありません。

ところが、さらに低い温度まで冷却すると、ある時点から食塩水として凍結し始めます。
この温度は共晶点と呼ばれ、結晶性の溶質固有の値で、食塩の場合は－21.4℃です。
（ちょっと難しい話になりますが、結晶性の低い溶質の場合は明確な共晶点を示さず、非晶質の塊として溶液全体が固化したりします。例えば水飴を冷蔵庫で冷やすと、透明な塊になるように。）

ゆっくり凍らせると水だけの氷の塊ができる例としては、北極海などに浮かぶ氷が挙げられます。
この氷はかなり純粋な水で、古来からエスキモーはこれを溶かして飲料水に用いていました。

純粋な水の氷の隙間に高濃度の液体が閉じ込められたものでは、身近な例として、アイスキャンディー（シャーベット）があります。
アイスキャンディーは、しっかり冷えるフリーザーから出したばかりでは歯が立たないくらいかなり固いですが、適温なら氷の隙間に濃縮された液状のジュースがこまかく分散された状態になっており、サクッと噛んで食べることができます。
（これが氷の塊だと、カキ氷にでもしなければ歯が立ちませんよね。）

参考URL：

http://www.s-yamaga.jp/nanimono/chikyu/kaseigan-01.htm

回答No.5

yoisho

－21.4℃以上では純粋な水の氷ができ、それ以下の温度では食塩水の氷ができます。

急速に冷却すれば、－21.4℃以上でもしょっぱい氷ができますが、これは氷の中に固体の食塩（または高濃度の食塩水）が閉じ込められたもので、ミクロなレベルで見ると、氷の部分は純粋な水の氷になっています。

食塩水を冷却していくと、例えば５％の場合凝固点効果の影響で、およそ－2.5℃くらいから氷が生成し始めます。（現実には過冷却という現象があり、もっと低い温度になってから急速に凍り始めるのですが、それはおいておいて・・・・・）

このとき、かなり緩やかに冷却していると、純粋な水の大きな塊ができますが、冷却が速いと氷の隙間に食塩水が留まることになります。
そして氷が成長するにつれて、水だけが凍るわけですから閉じ込められた食塩水は濃縮されていき、飽和濃度（およそ22%）に達した時点で食塩の結晶が生じます。（22%の食塩水に食塩の結晶が沈殿した状態）

ところが、さらに低い温度まで冷却すると、ある時点から食塩水として凍結し始めます。
この温度は共晶点と呼ばれ、結晶性の溶質固有の値で、食塩の場合は－21.4℃です。
（ちょっと難しい話になりますが、結晶性の低い溶質の場合は明確な共晶点を示さず、非晶質の塊として溶液全体が固化したりします。例えば水飴を冷蔵庫で冷やすと、透明な塊になるように。）

ゆっくり凍らせると水だけの氷の塊ができる例としては、北極海などに浮かぶ氷が挙げられます。
この氷はかなり純粋な水で、古来からエスキモーはこれを溶かして飲料水に用いていました。

純粋な水の氷の隙間に高濃度の液体が閉じ込められたものでは、身近な例として、シャーベットがあります。
シャーベットは、しっかり冷えるフリーザーから出したばかりでは、歯が立たないくらいかなり固いですが、適温なら氷の隙間に濃縮された液状のジュースがこまかく分散された状態になっており、サクッと噛んで食べることができます。
（これが氷の塊だと、カキ氷にでもしなければ歯が立ちませんよね。）

参考URL：

http://www.s-yamaga.jp/nanimono/chikyu/kaseigan-01.htm

回答No.4

noname#62864

氷の作り方によると思います。
一般に、じっくりと時間をかけて凍らせると、純度の高い氷が出来上がります。すなわち、時間をかけてじっくりと凍らせれば、全くとはいわないまでも、かなり塩分の少ない氷ができると思います。
逆に低温で急速に凍らせれば塩分の多い氷ができると思います。

化学実験で再結晶を行うときにも、ゆっくり結晶を成長させると純度の高い結晶ができますが、急速に結晶を成長させると、結晶が大きくなる過程で不純物が取り込まれやすくなります。
再結晶と氷の成長は同じではないともいえますが、結晶成長の際の不純物の取り込まれやすさに関しては同じ議論ができると思います。

回答No.3

Mr_Holland

塩水を凍らせたものを舐めたことがあります。
しょっぱかった！

結晶構造は分かりませんが、氷の中に塩化ナトリウムは含まれていると思います。

また、海洋深層水ができるメカニズムの一つに、海水が凍る際、周囲の塩分濃度が濃くなり比重が重くなって海底に沈んでいく現象が絡んでいると聞いたことがあります。
それが間違っていなければ、＃１さんの見解が正しいように思います。

回答No.2

naoki1202

８パーセントの水溶液を氷にしたら、８パーセントの水溶液の氷が出来ます（水溶液の水が蒸発しないと仮定して）
つまり、Ｘパーセントの食塩水にはＸパーセントの食塩水の氷が出来るので、結果、もとの塩水と同じだけの濃度の氷ができるわけです。

ちなみに、食塩水は氷点（氷になる温度）が低く、飽和食塩水(ほうわしょくえんすい＝それ以上の塩が溶けない状態の濃い塩水)は－(マイナス)２１℃まで凍りません。
今日日の冷凍庫の温度は、－２１度くらいまでになると思うので、同じだけの濃度の氷が出来ると思いますが、もし仮に冷凍庫が－２１度に至らない場合、塩水の氷の濃度は、塩水が液体の時の濃度より、若干低くなります。

お礼

返信ありがとうございます。

>>８パーセントの水溶液を氷にしたら、８パーセントの水溶液の氷が出来ます

塩水を凍らせようとした場合まだ凍ってない塩水の濃度は
濃くなるのですよね？もし解答に書いてあるあることが正しいのなら凍ってない塩水の濃度は濃くならないということですよね？
どっちが正しいのでしょうか？

それとも解答にあるように液体と氷の塩の濃度が同じになるのは
飽和食塩水を凍らせた時でしょうか？飽和食塩水はそれ以上濃くならないため液体と氷の塩の濃度が同じになるということでしょうか？
ただ塩の溶解度について考えてみると塩の溶解度は温度が下がると小さくなりますよね？もしそうなら2℃の飽和食塩水を－5℃にしたら塩が析出するということになりますが、塩が析出するということは塩水の濃度が変わってしまうのでしょうか？

回答No.1

hkd9001

renngoku さん、こんにちは。

いや、塩水を冷やしてできた氷にも塩分は入っています。ただ、もとの塩水に比べれば　うんと薄くなりますが…。で、氷が大きくなるにつれ、まわりの塩水はだんだんと濃くなっていきます。

お礼

こんにちは。返信ありがとうございます。

>>氷が大きくなるにつれ、まわりの塩水はだんだんと濃くなっていきます。

氷が大きくなりまわりの塩水はだんだんと濃くなるということは
最初に凍った氷の中の塩分は少なくて最後のほうに凍った氷の中の
塩分は多いということでしょうか？