氷
なお、
この
氷 の特徴 [編集 ]
結晶 無色 透明 （水 以外 の不純物 や空気 が混 じらない場合 ）で、六方 晶 系 の結晶 を持 つ。融点 は通常 の気圧 で摂氏 0度 。ただし、圧力 を変 えることで相 変化 を起 こし、結晶 構造 や物理 的 性質 に差 がある、様々 な高 圧 相 氷 になることが知 られている。この場合 、我々 が普段 目 にする「普通 の」氷 は「氷 I」と呼 ばれる。2021年 現在 、圧力 が高 い状態 において氷 IIから氷 XIX(19)まで発見 されている[1][2]。特 に、極 めて高 い圧力 下 では、水素 結合 が縮 んで水分 子 の配列 が変 わる。このように様々 な相 が存在 することを多 形 という。熱 氷 は特異 的 に凝固 熱 、融解 熱 が大 きい。例 えば融解 する時 に、潜熱 として1キログラムあたり約 80 kcal (333.5 kJ) の熱 を周囲 から奪 う。これは同 量 の水 を0℃から80℃まで温 めることができるほどの熱量 である。雪 を食 べると体力 を消耗 するとして、寒 地 では（特 に遭難 時 ）禁忌 とされている。また、氷 表面 の水分 子 は結合 が不完全 でベアリングボールのように転 がりやすく、氷 表面 は滑 りやすい。この現象 は2018年 5月 にドイツのマックス・プランク研究所 の永田 勇樹 らのグループによって解明 された[3][4]。ー7℃でこの性質 は最 も強 く現 れ、スケート、スキー、カーリング、そりなどはこの性質 を活 かしている。また、氷 が溶 け始 めると逆 に滑 りにくくなる。従来 、氷 表面 が滑 る仕組 みは圧力 による界面 の融解 で説明 されてきたが、象 が氷上 でハイヒールを履 いて立 っても圧力 は大幅 に不足 する。体積 通常 気圧 において凍 る際 は体積 が約 11分 の1増加 する。すなわち、比重 が0.9168 と小 さくなり、水 に浮 く。物質 は温度 が低 くなるほど分子 の振動 が小 さくなるため、通常 であれば温度 が低 くなるほど密度 は大 きくなり、従 って気 相 よりも液 相 のほうが密度 が大 きく、液 相 よりも固 相 のほうが密度 が高 い。このように固 相 の方 が液 相 よりも密度 が低 い物質 は非常 に珍 しい。これは液 相 の水分 子 が水素 結合 で強固 に結 びついており、固 相 の場合 よりも分子 間 の距離 が小 さいことが原因 である。また、密閉 された状態 で凍 ると周囲 の物質 を押 し出 し、時 に破壊 する。例 えば岩 の隙間 に水 が入 り込 んで氷 になると、岩 を破壊 する。生物 の細胞 も凍結 すると破壊 され、生物 の凍傷 や凍死 の原因 となる。冬季 の寒冷 地 では凍結 による水道 管 の破裂 を防 ぐため、夜間 は水抜 栓 を用 いて水 を冷気 の及 ばない地中 に落 とし、凍結 を防 ぐ。清涼飲料水 類 の缶 にも「凍 らせないでください」という注意 書 きが書 かれている。水 に溶 けた炭酸 は水 が凍 ると気体 として追 い出 されてしまい、炭酸 水 を容器 に入 れて凍 らせると爆発 する危険 がある。不純物 液体 が固体 になる時 、溶解 している物質 は結晶 構造 に加 わらずに濃縮 される。冷蔵庫 などで氷 を作 ると、内部 に白 く気泡 が残 されるのはこのためで、気泡 中 には、溶 けていた空気 （二酸化炭素 やその他 不純物 ）が閉 じ込 められている。一方 、透明 な部分 は不純物 が少 ない、純度 が高 い水 になっている。透明 な氷 を作 るためには、なるべく純粋 な水 をゆっくり凍 らせる必要 がある。一般 に、一 度 煮沸 して気体 を追 い出 したり、大 部分 が凍結 した段階 で不純物 が集 まった水 の部分 を捨 てたりするなどの方法 が取 られる（濃縮 された方 に用 がある場合 は、凍結 濃縮 法 と呼 ばれる）。
氷 の製造 [編集 ]
1748
1834
氷 の利用 [編集 ]
融解 熱 が大 きい -氷 の融解 熱 は333.5J/gとかなり大 きく、少 ない重量 で効率 的 な冷却 効果 を得 られる。融点 が十分 低 く、かつ低 過 ぎない -融点 が0度 であるため0度 未満 まで冷却 されにくく、冷却 対象 を凍結 させにくい。細菌 の繁殖 を抑 えつつ、細胞 組織 が水分 の凍結 によって破壊 される事 を回避 出来 るため、食品 を冷却 しても風味 の変化 を抑 えられる。安全 である -上述 の性質 により人体 に触 れても凍結 の危険 性 が低 い。また、溶 けても水 であるため毒性 物質 とならず、清潔 な水 で作 れば食品 に直接 触 れる用途 や直接的 な食用 にも使 える。入手 ・処分 が容易 -水 と家庭 用 冷凍庫 程度 の設備 で製造 出来 るため、一般 家庭 でも入手 が容易 。近代 以前 でも雪 や氷河 など自然 界 の氷 の利用 が見 られた。処分 は溶 けた水 を捨 てるだけでよい。
食用 [編集 ]
冷却 用 [編集 ]
冷蔵庫 -初期 の冷蔵庫 は、単 に断熱 性 のある筐体 の天井 部分 に巨大 な氷 を詰 めて冷 やすだけのものであった。現在 のアイスボックスに近 く、定期 的 に氷 屋 から氷 を届 けてもらう必要 があった。現在 においても電気 冷蔵庫 に保存 した場合 、食材 によっては特有 の臭 いがつく場合 があり、氷 冷蔵庫 が用 いられる例 もある。生鮮 食品 の鮮度 維持 -生鮮 食品 （特 に魚介 類 ）を輸送 する際 、梱包 に砕 いた氷 を充填 する。沿岸 漁業 では、漁船 は船倉 に砕 いた氷 を積 んで出航 するため、大 きな漁港 では岸壁 に氷 を送 るコンベヤダクトが備 えられている。人体 の冷却 -発熱 時 などに氷枕 （氷嚢 ）として冷却 を行 なう。- アイシング
その他 [編集 ]
- イグルー、かまくらなどの
住居 やホテル[注釈 1]。 燃料 の結 着 ・成型 （例 えばアルミニウム粉末 を氷 で固 めたALICE推進 剤 ）氷 像 、氷 による建築 ・装飾 など。- スケートリンク
- トイレの
便器 -主 に飲食 店 のトイレで小便 器 に置 き、小便 を冷 やして臭気 を抑 える効果 を持 たせている（当然 、本物 の氷 を定期 的 に補充 しなければ無意味 である）。 - 1973
年 、南極大陸 で氷 の桟橋 （Ice pier）が作 られ利用 された[7]。耐用 年数 は3〜5年 で、寿命 が来 たら砕氷 船 に曳航 されて除去 される。 寒冷 地 では凍 った湖 や川 などの上 を道路 や飛行場 として利用 し、臨時 の鉄道 も敷 かれる[8]（レニングラード包囲 戦 、アラスカ鉄道 ）。氷山 空母 -氷山 で航空 母艦 を作 る計画 。
氷 利用 の歴史 [編集 ]
函館 氷 [編集 ]
| 「 | 」 |
と
| 「 | 」 |
近年 の需要 動向 [編集 ]
1980
自然 界 の氷 [編集 ]
大気 中 [編集 ]
地上 [編集 ]
海上 [編集 ]
地球 外 [編集 ]
相 変化 [編集 ]
1
非 晶 質 氷 非 晶 質 氷 （またはアモルファス氷 ）は分子 配列 の長距離 秩序 が無 いアモルファス状態 の氷 の事 である。非 晶 質 氷 は密度 によって3つの形態 に分 けられる。大気 圧 で形成 された低 密度 非 晶 質 氷 （LDA）や、より高 い圧力 で形成 された高密度 非 晶 質 氷 （HDA）および超 高密度 非 晶 質 氷 （VHDA）である。宇宙 空間 では、地球 上 で最 も優勢 な六 方 晶 系 の氷 は非常 にまれで、非 晶 質 氷 が一般 的 である。しかし、火山 活動 によって六 方 晶 系 の氷 が形成 される可能 性 がある[14]。
氷 の多 形
一般 的 な六 方 晶 系 の氷 である氷 Ih相 を始 め、氷 Ic相 、氷 II、氷 III、氷 IV、氷 V、氷 VI、氷 VII、氷 VIII、氷 IX、氷 X、氷 XI、氷 XII、氷 XIII、氷 XIV、氷 XV、氷 XVI、氷 XVII、氷 XVIII、氷 XIXの20種 が発見 されている。2018年 にはダイヤモンド中 に氷 VIIが発見 され、このことから、国際 鉱物 学 連合 は氷 VIIを鉱物 とした[15]。
脚注 [編集 ]
注釈 [編集 ]
- ^
星野 リゾート トマム（北海道 占冠 村 ）が厳冬 期 に設営 する。「クールな夢 見 られそう」 『朝日新聞 』夕刊 2019年 1月 22日 （1面 ）2019年 1月 24日 閲覧 。
出典 [編集 ]
- ^ a b Yamane, Ryo; Komatsu, Kazuki; Gouchi, Jun; Uwatoko, Yoshiya; Machida, Shinichi; Hattori, Takanori; Ito, Hayate; Kagi, Hiroyuki (2021-2-18). “Experimental evidence for the existence of a second partially-ordered phase of ice VI”. Nature Communications 12 (1): 1129. doi:10.1038/s41467-021-21351-9. ISSN 2041-1723.
- ^ a b 『
低温 高 圧 下 で新 しい氷 の相 （氷 XIX）を発見 』（プレスリリース）東京大学 大学院 理学 系 研究 科 ・理学部 、2021年 2月 19日 。2021年 2月 22日 閲覧 。 - ^ Weber, Bart; Nagata, Yuki; Ketzetzi, Stefania; Tang, Fujie; Smit, Wilbert J.; Bakker, Huib J.; Backus, Ellen H. G.; Bonn, Mischa et al. (2018-06-07). “Molecular Insight into the Slipperiness of Ice”. The Journal of Physical Chemistry Letters 9 (11): 2838–2842. doi:10.1021/acs.jpclett.8b01188.
- ^ “チコちゃんに
叱 られる！「拡大 版 SP！イチョウ並木 ・氷 の謎 ・イラスト一挙 公開 ！」”. TVでた蔵 (2019年 12月27日 ). 2019年 12月30日 閲覧 。 - ^ a b “
製氷 機 を発明 した人 を動 かした、熱 い意志 ”. WIRED Japan. 2016年 2月 5日 閲覧 。 - ^ a b “
溶 けゆく氷 を使 っていた大正 ・昭和 の冷蔵庫 変 わるキッチン（第 15回 ）～冷 やす（後 篇 ）”. 2016年 2月 5日 閲覧 。 - ^ "Unique ice pier provides harbor for ships," Antarctic Sun. 8 January 2006; McMurdo Station, Antarctica.
- ^ Makkonen, L. (1994) "Ice and Construction". E & FN Spon, London. ISBN 0-203-62726-1
- ^ Stephanie Dalley (1 January 2002). Mari and Karana: Two Old Babylonian Cities. Gorgias Press LLC. p. 91. ISBN 978-1-931956-02-4
- ^ a b “コンビニ「
氷 特需 」 コーヒー用 カップ入 り増産 、札幌 の工場 フル稼働 ”. 『北海道新聞 』 (北海道新聞社 ). (2014年 8月 7日 ) - ^ International Equations for the Pressure along the Melting and along the Sublimation Curve of Ordinary Water Substance W. Wagner, A. Saul and A. Pruss (1994), J. Phys. Chem. Ref. Data, 23, 515.
- ^ Review of the vapour pressures of ice and supercooled water for atmospheric applications. D. M. Murphy and T. Koop (2005) Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 131, 1539.
- ^ National Snow and Data Ice Center, "The Life of a Glacier"
- ^ Chang, Kenneth (2004
年 12月9日 ). “Astronomers Contemplate Icy Volcanoes in Far Places”. The New York Times 2012年 7月 30日 閲覧 。 - ^ Tschauner, O.; Huang, S.; Greenberg, E.; Prakapenka, V. B.; Ma, C.; Rossman, G. R.; Shen, A. H.; Zhang, D. et al. (2018-03-09). “Ice-VII inclusions in diamonds: Evidence for aqueous fluid in Earth’s deep mantle” (
英語 ). Science 359 (6380): 1136–1139. doi:10.1126/science.aao3030. ISSN 0036-8075. PMID 29590042.
関連 項目 [編集 ]
外部 リンク[編集 ]
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