氷に塩をかけると、なぜ温度が下がるの？

氷(こおり)が融(と)けるときは、周(まわ)りの空気(くうき)などから熱(ねつ)を吸収(きゅうしゅう)します。物(もの)を冷(ひ)やすときに氷(こおり)を使(つか)うのは、この原理(げんり)を利用(りよう)したものです。また、食塩(しょくえん)が溶(と)けるときも、同(おな)じく周(まわ)りの水(みず)から熱(ねつ)をうばいます^＊1。このように、物質(ぶっしつ)が固体(こたい)から液体(えきたい)に変(か)わるのに必要(ひつよう)な熱(ねつ)を「融解熱(ゆうかいねつ)」、固体(こたい)が液体(えきたい)の中(なか)に溶(と)けるのに必要(ひつよう)な熱(ねつ)を「溶解熱(ようかいねつ)」とよびます。氷(こおり)が融(と)けて水(みず)になるときに食塩(しょくえん)をかけると、食(しょく)塩(えん)が溶(と)けるための溶解熱(ようかいねつ)を氷水(こおりみず)からうばうので、氷水(こおりみず)の温度(おんど)がより低(ひく)くなります。

水(みず)が氷(こおり)になる「凝固点(ぎょうこてん)」は0℃ですから、氷(こおり)が水(みず)に融(と)けるときは、どんなに温度(おんど)が下(さ)がっても0℃以下(いか)になることはありません。ところが、水(みず)に食塩(しょくえん)が溶(と)けると凝固点(ぎょうこてん)が0℃よりも低(ひく)くなってしまいます。この現象(げんしょう)を「凝固点(ぎょうこてん)降下(こうか)」（氷点(ひょうてん)降下(こうか)）といいます。氷(こおり)は、水(みず)の分子(ぶんし)が規則(きそく)正(ただ)しく並(なら)んでいる状態(じょうたい)ですが、水(みず)の中(なか)に別(べつ)の物質(ぶっしつ)の分子(ぶんし)が入(い)り込(こ)んでくると水(みず)の分子(ぶんし)が整列(せいれつ)しにくくなり、なかなか氷(こおり)になることができません。このため、食塩水(しょくえんすい)のままで0℃以下(いか)に温度(おんど)が下(さ)がっていくのです。

ここまでの内容(ないよう)を簡単(かんたん)な実験(じっけん)で確(たし)かめてみましょう^1）。用意(ようい)するのは、コップと少(すこ)しの水(みず)、それよりも多(おお)い量(りょう)の氷(こおり)、食塩(しょくえん)、温度計(おんどけい)です。まず、コップの中(なか)に水(みず)と氷(こおり)を入(い)れて、温度(おんど)を測(はか)ります。氷(こおり)が少(すこ)しずつ融(と)けて水(みず)から融解熱(ゆうかいねつ)が吸収(きゅうしゅう)されるので、水(みず)の温度(おんど)が下(さ)がっていくのが分(わ)かるでしょう。

次(つぎ)に、食塩(しょくえん)をどんどん加(くわ)えていきます。すると、食塩(しょくえん)の溶解熱(ようかいねつ)の吸収(きゅうしゅう)も加(くわ)わるので、氷水(こおりみず)の温度(おんど)は0℃よりも下(さ)がっていくはずです。食塩(しょくえん)の量(りょう)を増(ふ)やして氷(こおり)と塩(しお)の割合(わりあい)を3：1くらいにすると､マイナス十数(じゅうすう)℃という冷凍庫(れいとうこ)の中(なか)のような低(ひく)い温度(おんど)をつくり出(だ)すことができます。

凝固点(ぎょうこてん)降下(こうか)は、身近(みぢか)なところでも利用(りよう)されています。たとえば、道路(どうろ)に降(ふ)った雪(ゆき)を融(と)かす「融雪剤(ゆうせつざい)」。冬(ふゆ)になると地面(じめん)に白(しろ)い粉(こな)がまかれているのを見(み)たことがあるかもしれません。あれは、食塩(しょくえん)（塩化(えんか)ナトリウム）や塩化(えんか)マグネシウム、塩化(えんか)カルシウムをふくむ融雪剤(ゆうせつざい)です^＊2。それらの塩分(えんぶん)と雪(ゆき)で食塩水(しょくえんすい)をつくって凝固点(ぎょうこてん)を下(さ)げ、雪(ゆき)を融(と)かしたり凍結(とうけつ)を防(ふせ)いだりしているのです。水(みず)の溶(と)けている塩(しお)の量(りょう)が多(おお)いほど凝固点(ぎょうこてん)は下(さ)がり、それ以上(いじょう)は塩(しお)が溶(と)けない「飽和(ほうわ)食塩水(しょくえんすい)」は－21.3℃までこおりません^2）。塩化(えんか)マグネシウムの水溶液(すいようえき)は－33℃まで、塩化(えんか)カルシウムの水溶液(すいようえき)は－55℃まで、凝固点(ぎょうこてん)は下(さ)がります^3）。