【物理】水の中に手を入れたら瞬間的に手が凍りつく!ホットアイス凍結実験

氷で手を温められるというこの動画を見ると、驚く人が大多数でしょう。カナダのトロント大学の科学者がホットアイス、別名酢酸ナトリウムの中に手を突っ込む動画を撮影して投稿しました。酢酸ナトリウムの水溶液中に手を入れるや否や、彼の手の周りは見る見る氷で覆われていきました。

最終的に手全体が厚い氷で覆われましたが、冷たい見た目に反して、科学者は実際は手は”ホットバス”のように温かい、と言います。

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結局、彼は氷の中から手を抜き出しましたが、抜くときに氷を簡単に砕いていました。実際はアイスクリームのように柔らかかったのです。

YouTubeのチャンネル、NurdRageでこの過程の説明がなされていますが、この匿名の科学者は、”この物質は水が凍ったときに出来る氷ではなく、実際には酢酸ナトリウムの三水和物です。通常では、固体の酢酸ナトリウムは暖めると液体になりますが、ゆっくり冷やすと凝固点以下の温度でも液体のいわゆる過冷却状態になります。この過冷却状態は結晶になりやすく、例えば雪の結晶が凝固する際に核となるものが必要であるように、私の指のように核となるものがあるとそこを起点として氷が広がってゆきます。”と説明しました。

この信じられない動画はすでに300万再生されています。”ホットアイス”は酢酸ナトリウムで作ることが出来、酢酸ナトリウムは酸とアルカリが中和したときに出来る塩です。この酢酸ナトリウムは、アルカリである炭酸水素ナトリウムや重曹(炭酸ナトリウム)と酸である酢酸や酢(酢のすっぱい成分は酢酸)を混ぜて中和することで作ることが出来ます。

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反応の間、酢酸ナトリウムはあたかも水が凍っているように見えます。この反応は発熱反応ですので、触ると温かいです。

酢酸ナトリウムの液体は、ハンドウォーマーに使えます。酢酸ナトリウムの液体が入った袋に金属製のボタンをつけ、このボタンを押せば酢酸ナトリウムが反応を始めるようにすれば、ホッカイロのように温かくなります。この原因は液体が固体になり発熱するためで、この場合温かくなります。

出典:dailymail

基本的に液体が固体になるときには発熱反応です。水が氷になるときも発熱します。水が氷になるときの発熱量は80cal/gで1gあたり80cal発熱します。これは1gの水を80度まで上昇させるのに必要な熱量です。かなりの発熱量です。過冷却とは液体の温度を凝固点以下まで下げても固体にならないような状態で、ペットボトルに入れた水を冷凍庫でゆっくりと冷やすことで作ることも出来ます。液体中のゴミや不純物を減らして凍らせにくくしてあげれば結構簡単に出来てしまいます。

酢酸ナトリウムは1気圧では融点が58度なので、普通は室温では固体です。固まるときに発生する熱量は1gで60cal位と水よりも少ないです。

この実験は酢酸ナトリウムを少量の水に溶かして飽和させた水溶液をじわじわと冷やして過冷却にした後、手を突っ込めば再現できます。動画中で手に何か付けている白い粉は、凍らせやすくするための結晶の核となるもので重曹です。酢酸ナトリウム三水和物は1kgで2,500円程度で売っています。安全性を確認したところ、安全性は高いので取り扱いは特に問題ありませんので思い切って大量に使っても大丈夫です。

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