氷に塩を混ぜると温度が下がるのは、なぜ？

質問

小学生にある程度分かるように説明したいのですが、どう説明したらいいか教えてください。
「氷に塩を混ぜたモノに袋入りのジュースを入れると、シャーベットになる」という実験をしようと思っています。
小学生が納得できるような簡単な説明はないでしょうか？

回答No.4

p-taro52 · ベストアンサー

参考URLの「水と空気のお話」→「氷水に食塩を混ぜると温度が下がるのは？ 」にも小学生向けの簡単な説明が有ります。
でも私の時（40年近い前）は同じ様な説明で『じゃぁ、砂糖ではだめなの？』と質問が出た。「ではやってみましょう」と氷の上に砂糖と塩をかけて実験。結果は塩の方が氷が早く解ける事が分かる。
この事とURLの内容（水では無く氷が冷える）とで「砂糖ではなく塩で無ければシャーベットは食べられない。」と結論付けられた。(^o^)

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実は砂糖は私が持込んだもの。だって前にNHK教育で同じ実験をやっていたんですもの。

勝手な式で表してみると
水 - 熱 = 氷 .....水から熱を奪うと氷になる／冷える
氷 + 熱 = 水 .....氷に熱を加えると水になる
★
氷 - 水 = -熱 ..０度の氷と０度の水の差は熱である（固体である氷が液体の水になるの熱が必要で、上の式はその溶解熱を表している）
※砂糖と塩の違いは塩の方が水気を吸い易い。（塩自体にも溶ける時に氷と同じ様に熱を必要とするから。）

で、こんな物でそうでしょう。「★」以降はちょっと説明が難しいかも。

参考URL：

http://www3.justnet.ne.jp/~hagiya/index.htm

お礼

ありがとうございます。
漠然とですが、分かったような気がします。何度も何度も読み返すうちに理解できそうな気がしてきました。説明までに時間がないので、頑張ります。

回答No.7

nozomi500

#1,5です。
まずおわび。
＃６でご指摘いただいた砂糖の分子量ですが、じつは食塩のなかの「塩素」だけ考えてナトリウムの原子量を加えるのを忘れていました。

ついでに、＃６の「水とり●うさん」の話ですが、吸水剤は「塩化カルシウム」なので、水を加えると、発熱でなく、冷えるのではないでしょうか。溶解熱で。
塩化ナトリウムの場合は冷えますね。

水酸化ナトリウムなら発熱しますが。

もっとも、使用前のものを使うのはもったいなくて誰もしないか。

回答No.6

rei00

#3 です。#5 さんの回答を拝見して・・・。

>「除湿剤」にたまった水＝塩化カルシウム飽和溶液＝で
> アイスを作っていました。

　先の参考 URL と同じサイトにこんなページもありました。

　　◎ 実験13-13 『水取りゾウさんでアイスクリーム』　（↓）

　なお，ここで使用するのは水を吸って溶液になった状態のものです。粒状のものは溶けるときに発熱しますので使えません。

> 同じ100ｇの食塩と砂糖では中に含まれてる分子の数が
> 10倍ぐらい違います。

　スミマセン。説明自体は正しいと思いますが，チョット勘違いがある様です。

　「砂糖＝シュクロース（C12H22O11）」の分子量は 342 で，食塩（NaCl）は 58.5 ですから，イオン化を考慮に入れても食塩の粒子数は砂糖の約１２倍です。#3 の参考 URL の記述も御覧下さい。

　失礼ながら，念のため。

参考URL：

http://www3.justnet.ne.jp/~konan/waku/b-1313.htm

回答No.5

nozomi500

#1です。
＃４の「砂糖でいまいちの理由」

ですが、水を吸いやすい、というよりも、分子の大きさの問題だと思います。
（水にとかした食塩と水にとかした砂糖で実験してみればわかると思います。ちなみに「伊東家の食卓」では「除湿剤」にたまった水＝塩化カルシウム飽和溶液＝でアイスを作っていました。「液体」ですから、氷のすみずみまで瞬間的に行き渡るため、ずいぶん早く温度を下げることができるようです。）

これは小学生には無理ですが、「モル凝固点降下」というのがあり、水の中に不純物が多いほど氷点が下がります。
このとき、キーになるのは、不純物の「数」です。
食塩の場合、「ＮａＣｌ」→「Ｎａ+」　＋　「Ｃｌ-」という「イオン」になるので、「数」としては「2倍」になります。砂糖はイオンに分かれない上に、分子が大きいので、同じ100ｇの食塩と砂糖では中に含まれてる分子の数が10倍ぐらい違います。（10倍ちがったうえに「イオン」を加算すれば20倍の差）

もちろん、食塩より砂糖のほうが溶解度が高いので濃い砂糖水は作れるのですが、それよりモル数の差が大きい。

お礼

すごーい！私は理科系が得意ではないので、あまり分かりませんが、皆さんで討論されているのを読んでいると、勉強になりますね。

回答No.3

rei00

既に回答はありますが，『小学生が納得できるような簡単な説明はないでしょうか？』との事ですので，小学生向きのページを探して見ました。

　◎ 実験13-11　『１分間ジュースでシャーベット』　（↓）

　要点をまとめると，
　・氷の表面のわずかに融けた水に食塩が溶ける
　・食塩が溶ける時には周りから熱を奪う（周りの温度を下げる）
　・できる濃い食塩水を薄めるために氷が融ける
　・氷が溶けるときに周りから熱を奪う（周りの温度を下げる）
　・融けてできた溶液に食塩がさらに溶け込む
　・２つ目，４つ目の理由で周り（氷）の温度が下がる

　いかがでしょうか。

参考URL：

http://www3.justnet.ne.jp/~konan/waku/b-1311.htm

お礼

こんなＨＰがあるとは知りませんでした。わざわざ探していただき、ありがとうございます。要点までまとめていただいて・・・。これで理解しなければ！
ありがとうございました。

回答No.2

shota_TK

まず，氷が潜熱を持っていることを説明しましょう．
0度の水50グラムと100度のお湯50グラムをまぜると，50度のお湯100グラムに
なります．しかし，0度の氷50グラムと100度のお湯50グラムだと，だいたい
23度ぐらいの水100グラムになります．
このように，氷は単に冷たいだけじゃなくて，蓄冷剤としての役割も
持っています．
次に，凝固点降下です．
塩水の凝固点は飽和の場合約-21度ですが，氷が「蓄冷剤」として働いて
自分自身は少しずつ融解しながら，塩水を凍らせていきます．
氷の回りに形成された「凍った塩水」はマイナス20度近くまで
温度が下がっていますので，これによってジュースがシャーベットになる，
というイメージですね．

お礼

実は、私は知らなかったのです。温度が下がることを・・・。情けないですね。また、言葉が難しい。辞書を片手にじっくり理解していきます。
ありがとうございました。

回答No.1

nozomi500

小学生、というのが難しいのですが、
同じ温度（〇℃）の水と氷でも、持っているエネルギーが違って、
固体の氷を液体の水にするには融解熱というエネルギーが要ります。
氷を手で温めようとしても、とけて水になっている間は温度が上がらないのに、手だけは冷えていきます。それだけ体温という熱エネルギーを奪われているわけです。

塩のようなものを氷に混ぜると、氷が強制的に（正しい表現ではないけれど）とかされます。（食塩水の氷点は〇℃より低い）
氷を溶かすのにはエネルギーが要りますから、手の体温の替わりにジュースの熱を奪っていることになります。

参考URL：

http://www2r.biglobe.ne.jp/~comet-i/kon2/jik3-2.htm

お礼

難しいですね。私でも理解しにくいものがあります。じっくり頭の中を整理して自分自身理解しないといけないですね。がんばります。
ありがとうございました。