夏の暑い日に、氷で飲み物を冷やしたり、冷たいアイスを食べたりすることはよくあります。
では、氷に塩をかけると、普通の氷水よりも温度が下がることをご存じでしょうか？
実は、この現象は手作りアイスクリームや、冬に道路の凍結を防ぐための仕組みにも関係しています。
塩そのものが冷たいわけではありません。氷と塩が組み合わさることで、氷が融ける温度や熱の移動に変化が生じるのです。
今回は、氷に塩をかけると冷たくなる理由と、身近な生活に隠された科学の仕組みを紹介します。
1. 氷に塩をかけると冷たくなる理由
通常、水は約0℃で凍り、氷も約0℃で融けます。ところが、氷に塩を加えると、氷が融ける温度が下がります。
この現象に関係しているのが「凝固点降下」です。
水に塩が溶けると、水が凍る温度が0℃より低くなります。そのため、氷は0℃付近でも融け続けることができます。
そして、氷が固体から液体の水に変わるときには、周囲から熱を吸収します。その結果、氷と塩が混ざった状態では、周囲の温度が0℃を下回ることがあるのです。
つまり、氷と塩を混ぜると冷たくなるのは、主に次の仕組みが関係しています。
- 塩によって水が凍る温度が下がる
- 氷が融けることで周囲から熱が奪われる
- その結果、氷と塩の混合物が0℃未満になることがある
塩自体が冷却剤のように冷たいのではなく、氷が融ける過程と水に塩が溶ける過程によって、温度が下がるのです。
参考：学研キッズネット「氷に塩をかけると、なぜ温度が下がるの？」
2. なぜ手作りアイスに塩を使うの？
氷と塩を組み合わせる仕組みは、手作りアイスクリームにも利用されています。
アイスクリームを作るには、材料を十分に冷やし、凍らせる必要があります。しかし、氷だけでは、氷と水が共存する状態で温度が約0℃になりやすく、それより低い温度を維持することは簡単ではありません。
そこで、氷に塩を加えます。
氷と塩を混ぜると、0℃より低い温度の混合物を作ることができます。その冷たさを利用して、別の容器に入れたアイスクリームの材料を冷やすのです。
この方法なら、冷凍庫を使わずにアイスクリームを作る実験もできます。
家庭で試す場合のポイント
材料を入れた密封袋を、氷と塩を入れた別の袋に入れて冷やす方法があります。
ただし、塩がアイスの材料に直接入らないよう、袋を二重にするなどの工夫が必要です。冷たくなった袋や金属容器に長時間直接触れないようにし、作業後は手を洗いましょう。
氷と塩の組み合わせは、単に物を冷やすだけでなく、食べ物を作る仕組みにも応用されているのです。
参考：Stanford University「The Science of Ice Cream」
3. 飲み物を早く冷やすときにも役立つ
冷たい飲み物を早く用意したいときにも、氷と塩の仕組みが役立ちます。
通常、氷を入れた水に缶や瓶を入れると、飲み物の熱が氷水に移動して、徐々に温度が下がります。
ここに塩を加えると、氷水の温度を0℃より低くできる場合があります。飲み物との温度差が大きくなるため、条件によっては、氷だけを使うよりも早く冷やせます。
ただし、実際の冷える速さは、容器の材質、飲み物の量、氷と塩の量、混ぜ方などによって変わります。
また、塩水が缶や瓶の外側に付いた場合は、飲む前に容器を洗うか、きれいに拭き取るようにしましょう。
参考：オーストラリア国立大学「Chill drinks faster」
4. 冬の道路に塩をまくのはなぜ？
冬に雪が降る地域では、道路に塩をまいて凍結を防ぐことがあります。
これも、氷に塩を加えると凍る温度が下がる仕組みを利用しています。
道路に塩をまくと、雪や氷の表面にできた水に塩が溶け、塩水になります。塩水は純粋な水よりも低い温度で凍るため、条件によっては、路面の氷を融かしたり、新たな凍結を抑えたりできます。
ただし、塩をまけばどんな寒さでも凍結を防げるわけではありません。気温が非常に低い場合は効果が弱まり、使用する塩の種類や量によっても効果が変わります。
また、道路にまく塩は、車両や道路設備、周囲の植物などに影響することもあるため、使用量や方法に配慮が必要です。
身近な食塩と同じような性質が、冬の道路管理にも活用されているのです。
参考：University of Washington「Freezing Point Depression」
5. 海の水はなぜ0℃より低くても凍らないの？
もう一つ、身近な科学の疑問があります。
純粋な水は通常、約0℃で凍ります。しかし、海水には塩分が溶けているため、凍る温度は0℃より低くなります。
一般的な海水の凍結温度は、およそマイナス1.8℃です。海水の塩分濃度などによって、実際の温度は変わります。
この違いも、塩などの物質が水に溶けることで凝固点が下がる現象に関係しています。
もちろん、海水も十分に冷えれば凍ります。冬の極地で海面が凍るのは、海水の温度がその凍結温度を下回るためです。
氷に塩をかけると冷たくなる現象と、海水が凍る温度が低いことは、どちらも水に塩が溶けていることと関係しているのです。
参考：NASA Earth Observatory「Sea Ice」
まとめ：氷と塩には身近な科学が隠れている
氷に塩をかけると冷たくなるのは、塩によって水が凍る温度が下がり、氷が融ける際に周囲から熱を吸収するためです。
この仕組みは、私たちの身近な生活にも利用されています。
- 手作りアイスクリームを冷やす
- 氷と塩を使って飲み物を早く冷やす
- 冬の道路で凍結を防ぐ
- 海水が純粋な水より低い温度で凍る
普段は何気なく使っている塩ですが、水の状態が変化する温度にも影響しています。
身近な現象も、理由を知ると科学の面白さが見えてきます。次に氷や塩を使う機会があれば、そこに隠れている仕組みにも注目してみてはいかがでしょうか。