凝固点が低いから融点も低いという訳ではない(当然な者には当然かもしれない、が)

溶媒を水とする。水と水溶液(=水+溶質)それぞれ冷やすと、水溶液の方が低い温度で凍る。これは凝固点降下が起きて凝固点が下がったためです。他方、その氷が融ける時は、確かに水溶液の氷の方が早く溶け始めるのですが、それは凝固点が低いからではないと私は思う。なぜ「私は思う」をつけたか。いくつか資料をみると凝固点が低いから融点も低い(=早く溶け始める)ととらえている者が多い気がするからです。自分と同じように凝固点が低いから融点も低いとはとらえていない者もいることにはいます。

凝固点は水に溶けている溶質の粒子の個数に影響されます。粒子の種類は関係ないです(が教科書的定説)。だから同じ濃度でも電離する無機物の方が電離しない有機物よりも凝固点は下がります。これは凝固点降下といい、なぜそうなるかはルシャトリエの法則から説明できます。

さて無機物も有機物も水和していますが、凍り始めるところは水和していない部分からです。なぜか。氷ができるとはそこにある構造を持った水分子のつらなりができるということですが、水和している部分の水分子と構造している水分子は構造の方向性の関係から構造化しにくいためです。

さらに、このつらなりの隙間に入ることができる物質はフッ素や塩素などと少ないです。これは構造の隙間に粒子が入りにくいということです。つまり溶質を取り込むようにしては氷はできていないことの方が圧倒的に多いです。

こうして水和していないところか氷の部分が増えていくと他方に溶質粒子も集まり始め、最後には水と溶質粒子がわかれてひとまとまりの氷になります。(その時、水和している部分の水分子はどんな状態なのだろう。不格好ながら氷の構造の一部に連結しているのだろうか?それとも?)。

 

ここまではいいだろうか。いいとしよう。さて問題は融ける時のことです。

 

結論からいえば水溶液の氷の融ける早さは①「溶けている粒子の個数と大きさ」、②「溶けている粒子の性質」、③「溶媒の比熱」の三つが影響していると考えられます。ここでは溶媒は水のみで考えているので③は考慮に入れません(溶媒が水の場合や例えばアルコールの場合など他いろいろな溶媒の場合でも実験するとしたら溶媒の比熱も考慮しなければならないです)。

②「溶けている粒子の性質」は教科書的定説としては凝固するときには関係はありません。それはルシャトリエの法則から説明できるということでした。しかし融ける時は、溶けている粒子の種類によって異なる熱伝導が影響すると考えられます。熱伝導の高い粒子が溶けているとそれだけ熱を伝えやすいと予想できるからです(他方、しかし本当に凍る時には熱伝導は影響していないのだろうか。影響しているとしても無視できるあるいは観測できないほど小さいのだろうか。そんな疑問があり「教科書的定説」としていました)。ともあれ融ける時には、熱伝導が影響しやすいと考えられます。そうだとすると同じ量の水に無機物の粒子が例えば2個と有機物の粒子が同じく2個溶けているとしたら、凝固点は同じですが、融点は違ってくるといえます。

さらにここに①「溶けている粒子の個数と大きさ」が影響してきます。なぜ影響するか。それにより起きる対流の起きやすさが違うからです。起きやすい方がどんどんと溶けていきます。無機物の粒子は同じ一個だとしても有機物の一個と大きさが全然違います。有機物一個の方がとても大きいです。どちらの方が対流がよいかといえば無機物の方です。このように粒子が同じ一個でもその大きさの違いのために対流の起きやすさが異なるため、無機物の方が早く溶けるということです。

こうして同じ量の水に無機物の粒子が例えば二個と有機物の粒子が同じく二個溶けているとしたら凝固点は同じですが、融点は無機物の水溶液の氷の方が低く、融けるまでの早さも無機物の水溶液の氷の方が早くなるといえそうです。

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融点の側は凝固点降下(ルシャトリエの法則)では説明できないことによって影響を受けているのです。

 

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↑こうしたことを教えてもらえる先生がいる中学生や高校生の頃であればー理学専攻の大学生の頃でもいいのだが、理学専攻の大学生としては簡単な内容かもしれない―、「先生、ここどうなっているのですか。教えて頂けますか?」などと尋ね教えてもらうこともできるかもしれないが、先生がいない大人で理学専門ではなかった者が、こうした疑問に引っかかり、じぶんで何とかしようとするととても大変。結果に対してもびくびくもんです(理学専門のネトウヨみたいのが現れて、絡まれたらどうしょうとか)。逆にこれを鵜呑みにする良い子がいたらどうしようとか。それも心配。

「先生がいるということはとてもありがたいことです」と先生のいない知力も衰えつつある私はせつに思いますよ。

そのうえ、小説よんでケタケタ笑ってる自分からしたら、こうした理系的なものに集中できる方は、なぜそうできるのかと疑問に思いますね。正直、小説からしたらそれは色気も味もない。じゃりっじゃりっと砂を噛んでいるような感じです。自分の場合は理が通っているかどうかを第一に考え、これを考えてみましたが(理を大切にしているから、小説が面白く読めるというところもあるのですが)。