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zoom RSS おなじ温度の塩と水。まぜてできた塩水の温度は下がるの? 上がるの?

<<   作成日時 : 2015/02/24 07:18   >>

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★科学★
問題:積雪によって道路が閉ざされるなどの被害を防ぐため、塩を撒くことがよく知られています。東京ではあまり使われませんが、北海道や欧米では大量に使われているそうです。塩ですから塩害から環境破壊の恐れも考えられます。でも、道路が通行不能になる損失に比べればたいしたことはない…ということなのかな。実は素町人も撒いてみたことがあります。でも量が少なかったのか、あまり効果が見られませんでした。
■塩を水に溶かすと、凍り始める温度、氷点が下がるそうです。これ以上は溶けないというぐらい濃くした塩水、飽和溶液の場合ですと、−21度Cぐらいまで凍らないらしい。それ以下になるような寒さですと塩を撒いても意味はないのかもしれません。どんなに寒くなっても−5度Cぐらいがせいぜいの東京では、有効な方法のはずですね。
■ちなみに、おなじ雪害対策でも、凍結防止剤という雪のないうちに散布するものと、融雪剤という積雪に対して使われるものがあるらしい。どちらも、塩化ナトリウム(食塩の主成分)や塩化カルシウム、塩化マグネシウムなどが多く使われるようです。
■世界の塩の全消費量は年間2億トン弱であり、その15%ほどは融氷雪に使われているという話もあります*1。みんなかなり派手に撒いているらしい。Wikipediaによれば1平方mあたり30〜100gぐらいが適量とのこと。
■塩を水に溶かすと氷点がさがるようですが、では、同じ温度の水と塩があったとして、水に塩を溶かし込んだら、その塩水の温度はどうなるのでしょうか? 次の中から選んで下さい。
[い]はっきりと上がる
[ろ]ごくわずかに上がる
[は]変わらない
[に]ごくわずかに下がる
[ほ]はっきりと下がる
(答えはずっと下↓ スクロールして下さい)

























★科学★
正解:[に]ごくわずかに下がる
説明:参考資料*2によれば、「食塩(NaCl)を水にとかしても、わずかながら水の温度は下がります」とのこと。
■なぜ温度は下がるのでしょうか。「結晶(固体)が水にとけると、結晶を構成していた分子が水の中でバラバラになります。結晶中でかたく結びついていた分子どうしがバラバラになるためにはエネルギーが必要です。そのエネルギーを周囲の水から奪うために、水の温度が下がるというわけです。固体が水の中に溶解するときに発生する熱を溶解熱といいますが、多くの固体ではこの溶解熱はマイナス、すなわち吸熱となっています」*2。
■素人には理屈はよくわからないのですが、たいていの場合、温度は下がると考えればいいのでしょうね。紅茶やコーヒーに砂糖を入れたときにも、わずかながら温度は下がっているのかな。冷蔵庫から取り出したミルクをまぜると温度が下がるのは知っていましたけど。あたりまえか。
■塩は氷点を降下させる作用はすごいのですがマイナスの溶解熱はごくわずかしか働かないようです。マイナスの溶解熱が大きいのは、たとえば尿素などらしい。
■尿素は元素の名前みたいですがれっきとした化合物です。(H2N)2C=Oという化学式らしい。C(炭素)が含まれており、有機化合物だそうです。初めて人間の手によって合成された有機化合物として知られ、化学史では記念碑のような立場を保っている物質らしい。合成できるためか価格は安く、薬屋さんでは化粧品用として販売されているのは50gで200円ぐらい。園芸店などでは肥料用としてもっと安く買えるらしい。無味無臭無害な物質とのこと。
■参考資料*2では50mlの水に50gの尿素を融かす実験をしていました。その報告によれば、25度Cの水は約5分で5度Cまで冷えたそうです。吸熱作用の強さから、尿素は瞬間冷却パックの製品に多く使われているとのこと。真夏に屋外で作業をする場合などに使われる1袋100円前後のやつですね。原理はとても簡単ですし、原材料も危険はないようですので、簡単な瞬間冷却パックならば、自作することも可能なようです。
◇*HP「冷却パック - Google 検索」(画像)
https://www.google.co.jp/search?q=%E5%86%B7%E5%8D%B4%E3%83%91%E3%83%83%E3%82%AF&hl=ja&rlz=1T4GGHP_jaJP523JP523&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=i6LrVKWzHob58QXQ0YKgCA&ved=0CAgQ_AUoAQ&biw=1280&bih=632
■余談です。以前に弊クイズで、「おなじ温度・大きさ・重さの水銀の粒をふたつくっつけると、温度はどうなるの?」という問題を出しました。正解は「わずかに上がる」だそうです。くっついた後の水銀の粒は、バラバラのときに比べて表面積が減っているらしい。そのため表面張力が少なくて済むようです。余ったエネルギーが、水銀の温度を上昇させるとのこと。塩と水だと温度はわずかに下がり、水銀同士だとわずかに上がる。自然は不思議ですね*4。
◆参考*1:HP「塩が融氷雪剤に利用される理由は?!」
http://www.geocities.jp/t_hashimotoodawara/salt6/salt6-97-12.html
◇*2雑誌「水と反応して冷たくなる 冷却パックの吸熱反応」Newton (ニュートン) 2014年9月号142から145頁、担当編集者水谷仁(ひとし)、ニュートンプレス
◇*3HP「融雪剤 - Wikipedia」
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%9E%8D%E9%9B%AA%E5%89%A4
◇*4HP「おなじ温度・大きさ・重さの水銀の粒をふたつくっつけると、温度はどうなるの? 町人思案橋・クイズ集/ウェブリブログ」
http://blog.q-q.jp/201105/article_5.html

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コメント(2件)

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専門家に説明されても素人には理屈はなかなか理解できないですね。
しかし、去年の2月のような大雪にならなかったのは大助かりでありました。
首都圏はすぐに交通マヒが起きますからね。
ねこのひげ
2015/02/26 02:07
コメントをありがとうございます。

 ホントに今年は積雪がなくて助かりましたね。実家の前の道路は北に向いており、雪がなかなか溶けません。ちょっと降ると雪掻きが必要ですが、腰は痛くなりますし、時間はかかるし、大嫌いでした。
 あるときなどは長いホースで熱湯をじゃぶじゃぶかけ、やわらかくしてから雪掻きをしました。ガス代がいつもの月より1000円ぐらい高かったような気がします。
(^^;)
ねこのひげ様<素町人
2015/02/26 08:26

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