水の融点は、固体の氷が液体の水に変わる温度で、0 °C、32 °F、または 273 K です。
凝固点と融点の違い
ほとんどの場合、水の凝固点と融点は同じ温度です。ただし、凝固点が融点よりもはるかに低い場合があります。水は過冷却を経験します。過冷却とは、溶解ガスや不純物を含まない非常に純粋な水に、氷の形成を可能にする核生成サイトがない場合です。過冷却により、水の凝固点が -48.3 °C または -55 °F まで下がる可能性があります!
水の融点に対する圧力の影響
圧力は、水の沸点、凝固点、および融点に影響を与えます。圧力が融点に与える影響を推定する 2 つの方法は、相図を調べることと、物質の 2 つの相の間の圧力と温度を関連付けるクラウジウス-クラペイロンの式を使用することです。圧力を上げると水の融点が下がります。たとえば、800 バール (11603 psi) の圧力では、水の融点は -6.9 °C です。圧力を下げると、最終的に固体の氷が溶けて液体になるのではなく蒸発するポイントに到達します。
水の融点に影響を与えるその他の要因
圧力に加えて、不純物、氷の構造、固体の開始サイズなど、他の要因が融点に影響します。
不純物は分子間の結合を破壊し、分子間の分子間力を克服しやすくします。水や他のほとんどの化合物では、不純物が融点を上昇させます。つまり、汚れた氷は純粋な氷よりも高い温度で溶けます。
よく知られている固体の水の形は六角形の氷 (ice Ih) ですが、水分子は異なる融点を持つ他の結晶形に組織化されます。
ナノスケールの氷では、融点降下の現象が発生します。融点降下は、サンプルサイズの減少に伴う融点の低下です。日常の世界では、氷は多くの水分子で構成されているため、融点降下は問題になりません。しかし、水分子が少ない場合、氷の表面積と体積の比率が通常よりも大きいため、融点が低くなります。いくつかの分子間の凝集力が増し、それらを分離して相を変化させることが難しくなります。基本的に、水分子は、分子間力で影響を与える隣接分子が多くないため、互いにより強く結合します。
融点降下は、不純物が物質の凝固点を下げる凝固点降下とは非常に異なるプロセスです。述べたように、不純物は氷の融点を下げるのではなく、上昇させます。
参考文献
- クラペイロン、M. C. (1834). 「Mémoire sur la puissance motrice de la chaleur」。 Journal de l’École polytechnique . 23:153–190。
- Feistel, R.;ワグナー、W. (2006)。 「H2 の新しい状態方程式 OアイスIh」。 J.物理。化学。参考文献データ . 35 (2):1021–1047. doi:10.1063/1.2183324
- Haynes, William M., ed. （2011）。 化学および物理学の CRC ハンドブック （第92版）。 CRCプレス。 ISBN 978-1439855119.
