その液体を氷の上に注ぐときに聞こえる「パチパチ」という音は、「膨張差」と呼ばれる現象によって引き起こされます。
暑い夏の日には、背の高いレモネードのグラスほど満足できるものはありませんが、そのさわやかな飲み物の重要な要素はグラスの氷です。カクテルを 1 杯か 2 杯作ったことがある人なら、氷が奇妙なものであることは既にご存じでしょう。氷は比較的単純で、私たちが見落としがちな一般的な物質ですが、
晴れた日に飲むレモネードほど満足できるものはありません (写真提供:Africa Studio/Shutterstock)
キューブの上に水やその他の液体を注ぐと、キューブがはっきりと割れる音を聞いたことがあるでしょう。手で引き裂こうとすると失敗しますが、グラスに入れて水で満たすと、突然、十分に速く壊れないように見えます。問題は、この驚くべき現象の原因と、氷がこのように分裂するのを防ぐ方法があるかということです.
氷と水
角氷がばらばらになる科学に入る前に、まず角氷がくっつく科学を理解する必要があります。より具体的には、固体の氷と液体の水の構造を見てみましょう.
水は間違いなく地球上で最も重要な物質であり、私たちが知っているように生命への道を提供し、すべての生物の生存に不可欠な要素です.重要なだけでなく、他の物質と比較して非常にユニークです。酸にも塩基にもなる無味無臭の物質であり、他の多くの天然物質を溶解できる万能溶媒です。地球上で固体、液体、気体の状態で発見され、用途が広くダイナミックであり、その袖にはいくつかの驚きさえあります.
液相では、各水分子の原子の組成 (2 つの水素と 1 つの酸素) によって双極子モーメントが生成され、水素原子に部分的な正電荷があり、酸素原子に部分的な負電荷があります。この電荷の違いにより、分子が絶え間なく互いの周りを移動したり移動したりするため、液体水中で水素結合が絶え間なく形成および切断されます。これらの水素結合は水の沸点を上昇させます。
水は、摂氏 0 度以下の温度にさらされると固まって氷 (固相) になります。しかし、これは水のユニークな特性のいくつかが現れ始めるポイントです.他のほとんどの物質は、固相に移動すると体積が少なくなります。つまり、固体として密度が高くなります。氷の結晶格子構造により、実際には もっと 固相では液相よりも分子間の空間が大きく、これが氷が水に浮く理由を説明しています!
変化する温度下での氷の構造に関するこの詳細は、この記事の最初の質問に答えるのに大いに役立ちます.
氷が液体の中で割れる理由
先ほど説明したように、氷は0℃以下では固い結晶構造を保っていますが、それ以上の温度の液体を氷に注ぐと異変が起こり始めます。すべての系でそうであるように、2 つの物質の温度は等しくなり始めます。つまり、氷は温まり、溶け始めますが、液体の温度は下がります。
角氷の外縁と表面は、急激な温度変化を経験し、熱交換を開始する最初の領域になります。その液体を氷の上に注ぐときに聞こえる「パチパチ」という音は、「膨張差」と呼ばれる現象によって引き起こされます。 .より具体的には、氷の外縁は温度が上昇するにつれて収縮し始め、本質的にそれを固体状態に維持している固い結合を溶かして壊します.
しかし、角氷の内部では、温度は摂氏 0 度未満のままであり、これらの結合の構造や完全性がすぐに変化することはありません。有名なことわざにあるように、「分かれた家は立つことができない」とあり、氷の中に物理的な亀裂が生じます。収縮している外側のコアが動かない内側のコアから飛び出し、多くの場合、角氷をバラバラに分割するか、少なくとも満足のいくパチパチという音をグラスに届けます。
立方体の 2 つの異なる部分が膨張差の過程で異なることを達成しようとしているため、中断は避けられません。その最初の亀裂の後、角氷からのノイズはそれほど聞こえなくなりますが、小さな破片も同様のシナリオを経て、破砕を続ける可能性があります。
これを防ぐ方法はありますか?
氷が割れる音に激しく反応する場合は、この完全に自然な現象を回避する方法があるのではないかと考えているかもしれません。ご存知のように、科学の法則に逆らうことはかなり難しいですが、すべての水が正確に作られるわけではありません。 同じ。不純物のない純粋な水は完全に透明な角氷になりますが、水道水やその他の不純物を含む水は角氷の中央部分が曇っています。
これらの不純物には、角氷の結晶格子構造に完全に適合しないさまざまな塩やその他のミネラルが含まれます。これらの不純物の小さなポケットがあれば、実際には氷の構造が脆くなくなり、破砕するのではなく、徐々に溶ける可能性が高くなります.しかし、固相で完全な格子を形成する純粋な山の湧き水は、より暖かい液体にさらされると、ほとんどの場合、ひび割れたり破砕したりします.
最後の言葉
人生の最も単純な謎でさえ、科学の厳格さと自然界に対する私たちの理解によって説明できます。液体が注がれたときに氷が割れるような基本的なことは、好奇心をくすぐらないかもしれませんが、記事をここまで読んだので、それは良い兆候です!次回裏庭のバーベキューで飲み物を提供するときは、氷に関するこの新しい知識を友達に教えて、パーティーの命として運命を全うしてみてください。
