氷の実験室 氷と温度変化

氷をとかすには、大きなエネルギーが必要です。

氷がとけて水になるためには、実はかなりのエネルギーが必要です。0℃の氷1ｇをとかして0℃の水にするのに必要なエネルギーは、約80cal（約334Ｊ）。水1ｇの温度を1℃上げるのに必要なエネルギーが1calなので、それと比べると、氷をとかすためには、かなり大きなエネルギーが必要(※)だということがわかりますね。 　そのため、100℃のお湯に0℃の氷を入れると、お湯の持っている熱エネルギーの多くは、氷をとかすために使われてしまうので、100℃のお湯と0℃の水を混ぜた場合と比べて、温度が大幅に低くなるのです。つまり、「氷はとけるときに周りを冷やす働きがある」ともいえますね。

※この理由を説明するには、「物質の状態」がポイントになります。物質は、原子や分子など目に見えないたくさんの粒によってできています。また、物質の状態（気体か液体か固体か）は、物質をつくる粒の「動き回る度合い」によって決まります。固体は、物質をつくる粒の位置がほぼ固定されている状態なのに対し、液体は物質をつくる粒同士が互いに影響し合いながらも、動き回ることができる状態です。そして、粒が動き回るにはエネルギーが必要になります。つまり、氷（固体）が水（液体）になるときには、外からエネルギーを与えて、粒が動き回ることができる状態にする必要があるのです。
逆に、水(液体)が氷(固体)になるときには、余分のエネルギーが熱として放出されます。1gの水が氷になるときには、約80calのエネルギーが放出されます。過冷却状態（水が凍る瞬間を見てみよう 一気に凍る「過冷却」のひみつ(2)の「教えて！氷博士」 参照）の水が凍るときの温度変化を精密な温度計で測ってみると、－7～－8℃になっていた水が、凍っていくにしたがって温度が上がることがわかります。