水の流動性と温度

質問

水は0度で凍ります。

では仮に0.0001度の場合は、水はどの様な状態なのでしょうか？
全くのサラッサラで、0度になった瞬間凍るのか。
はたまた実は少しずつドロドロになり、最終的に0度で凍るのか。

あと水って0度より冷やしたら、もっと硬くなるんですか？

回答No.2

hayasitti · ベストアンサー

＞では仮に0.0001度の場合は、水はどの様な状態なのでしょうか？
通常の条件下（大気圧で不純物なし）なら氷にはならず水のままでしょう。
ちなみに、水の凝固点（水が固まるまたは氷が溶ける温度）は0度というのは常識ですが、すごい精密に測定すると0℃よりほんの少し高い0.000089℃になるそうです。
（普通はめんどくさいので0℃でいいんですけどね。）

＞全くのサラッサラで、0度になった瞬間凍るのか。
水が凍る順番を見てみると
1）水を冷やして0℃にする。
2）さらに冷やすと、0℃の氷になります。
3）さらにさらに冷やすと、氷は氷点下になって温度は下がっていきます。
となります。

ここで重要なのは真ん中2番目の部分です。
つまり、「0℃の水→0℃の氷」になるわけですが、
水から氷になるために温度変化はなくても熱を奪わなければならないのです。
なので、0℃になった瞬間凍る、というのはすこし語弊があるわけです。
0℃の水になってから、さらに冷やして0℃の氷にするわけです。
（この液体から固体といったような相転移時に必要な熱を潜熱といいます。
　水が気化するとき熱を奪いますが、あれも潜熱です。）

＞はたまた実は少しずつドロドロになり、最終的に0度で凍るのか。
水は0℃に近づくと確かに粘度（ねばりけ）が増えます。
（参考→http://www.as-1.co.jp/academy/24/24-2.html）
で0℃になると凍るわけですが、実は固まるためのきっかけがないと潜熱分を奪われても氷になりません。
たとえば小さな粒を入れたり、叩いたりしてとても小さなきっかけとなる氷の粒が生成しないと全体が凍りません。
この凍らない状態が、No1が書かれている「過冷却」という現象です。
http://www.youtube.com/watch?v=pXl0nuXZWtw
http://www.youtube.com/watch?v=oiS7QhabxCk&feature=related

＞あと水って0度より冷やしたら、もっと硬くなるんですか？
氷、ということでよろしいならば、硬くなるそうです。
（参考論文→http://ci.nii.ac.jp/naid/110007126396）
この論文では氷を77K（-196℃,液体窒素の温度）まで下げていますが、凍らせ方によっては
石膏くらいの硬さ（ビッカース硬さで60程度）にはなるそうです。

また、水の硬さ…は話が違うので粘度の場合ですが、上でも書きましたが、過冷却になるとさらに粘度が増すそうです。
（参考論文→http://eprints.lib.hokudai.ac.jp/dspace/bitstream/2115/17952/1/18_p1-8.pdf）

以上、ご参考まで。

お礼

非常にわかりやすい説明、ありがとうございます。
相転移の話は目から鱗でした。
おかげで、スッキリサッパリです。

回答No.1

noname#224896

０．０００１℃
その状態では，まだ凍りません．
製氷会社さんでの製氷方法は，時間を掛けて実にゆっくり凍らせるので，透明な氷が出来ます．
ゆっくり，凍らせると，０℃を下回っても，凍らない『過冷却』現象が起きます．
この状態の液体の水に，少しでも振動を与えたり，少しでも衝撃を加えると，一瞬にして結晶化が始まり凍ってしまいます．
http://www.youtube.com/watch?v=3lyMhjeuxEI

逆に，氷から加熱していくと，氷の結晶どうしで緩い結合をしていた部分から亀裂が入り，氷が割れます．
表面も加熱されるので，融けていきます．
この繰り返しで，全部，液体の水になっていきます．
亀裂が入る瞬間の映像↓
http://www.youtube.com/watch?v=rN5VKt37SL4