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氷は、摂氏0度(華氏32度)未満に冷却されたときに液体の水がとる固体です。氷は水の化学的性質により溶けます。氷の分子の間には水よりも多くの水素結合があります。温度が摂氏0度を超えると氷が溶け始め、水分子間の水素結合が切れます。
氷の化学構造
氷または水分子は、1つの酸素原子に共有結合した2つの水素原子で構成されています。原子は電子を共有し、酸素原子にわずかに負の電荷を運ばせる一方、水素原子はわずかに正になり、極性分子をもたらします。この極性のため、水分子は互いに引き寄せられ、分子間に水素結合を形成します。
水と氷の違い
水素と酸素原子間の水素結合は共有結合よりも弱く、水と氷の物理的性質を制御します。氷では液体分子よりも水分子の方が水素結合が強くなりますが、氷では分子がより広く分離され、氷の密度が水よりも低くなります。
溶融
Fotolia.com ">•••Fotolia.comのシェルドンガードナーによるアイスキューブイメージ熱エネルギーにより分子がより速く動き、分子間の水素結合を破壊して液体の水を形成すると、氷が溶けます。融解過程で、水分子は実際にエネルギーを吸収します。これが、角氷が外側でより速く溶けて、中心でその冷たさと堅さをより長く保持する理由です:溶けることは冷却プロセスです。より多くの熱が導入されると、氷は溶け続け、温度が沸点である摂氏約100度(華氏212度)を超えると、水分子間の水素結合が完全に切断され、水蒸気が生成されます。
その他の要因
塩や化学物質の粒子などの異物を加えると、氷の融解が速くなり、融解プロセスと凍結プロセスの平衡が崩れるためです。表面の異物が多いほど、氷が捕捉できる水分子が少なくなり、凍結プロセスが遅くなります。塩は、他の物質よりも効果的であるためではなく、安価でアクセスしやすいため、歩道や道路の氷を溶かすために使用されます。