Home > 科学 > 水に電気をかけたら… 水素と酸素に？いいえ。氷になるんです。

水に電気をかけたら… 水素と酸素に？いいえ。氷になるんです。

2005-12-22 (木) 21:17
科学
physics | water

高電圧をかけると室温でも水が氷に変化することが実験的に証明された。
通常，地表の水は室温で凍ることはなく，0度C以下の温度で氷に変化しはじめる。これまでの研究によると，高電圧をかけると室温でも氷に変化することが理論的に予想されていたが，実験的に明らかではなかった。

水に高い電圧をかけると常温で液体から固体に変化することが実験的に証明されたという話題です。

水が液体から固体になるのは0℃だというのは誰もが知っていることですが、この温度は1気圧という条件が付いています。高気圧下ではより低い温度で液体から固体への変化（相転移）が起こります。このように物質は気圧条件によって相転移する温度条件が変化することはよく知られています。たとえば山の頂上や飛行機の中で水が100℃に満たない温度で沸騰してしまうのは気圧が低いためですね。

水が液体から固体に変化するためには水分子が規則正しく並ぶ必要があります。温度が下がると固体になるのはそのためで、水分子の運動が少なくなり近くの水分子とのネットワークを形成するために固体になります。
水分子は分子内に正電荷の偏った領域と負電荷の偏った領域をもつ分子であるため、このような規則的な配置を電気的に誘導することができるはずだという論理的な考察が背景にあったようです。

水分子を常温で氷にするためには1mあたり10億ボルトの電圧（電位差）が必要だと見積もられていましたが、実験では予測値の1000分の1にあたる100万ボルトで常温で水が液体から固体に変化することを確認したと云うことです。

1mあたり100万ボルト程度の電圧であれば、雷雲の中やナノスケールの電子デバイス内部でこのような電位差が誘導する液体から固体への変化が起こっている可能性が高いのではないかと考えているようです。

電子デバイス内部で起こる水の相転移が、電子デバイスに与える影響がないのかどうかが気になりますね。素人考えですが、それを取り除くことで電子デバイスの性能が上がるかも知れないわけです。これからの研究に期待されるところです。

水はいろいろとおもしろい性質を持った不思議な物質ですが、まさか電気をかけると凍ってしまうとは。まだまだ身近なものに不思議なことはたくさん隠れているんですね。

Comments:8

Ｄ 05-12-23 (金) 1:01

と、言う事はその氷は暖かい氷と言うわけですかね？

とし 05-12-23 (金) 3:39

＞ Dさん

うーん、そういうことだと思います。

kurabo 05-12-23 (金) 20:56

熱は分子運動によって表現されるエネルギーの塊ですから、
相転移起こして固体になったんならその分分子運動のエネルギー失いますから、
氷としての性質、つまり０度以下だという仮説…

とし 05-12-24 (土) 0:29

＞ kuraboさん

ああ、そうか。なるほど。
そう考えればやっぱり冷たいのかも知れません。
でも、この場合、電気的な力で振動をとどめられているという状況ですから、単純にエネルギーを失ったとも言い難いですよね。
だけど、固体でいるからには内部の温度は0℃だと言えるかも知れません。むー。

難しいですね。実際に見てみたい(笑)

typer 05-12-24 (土) 1:44

実際に見ても触らない方が良いと思いますよ。感電しそうですから（笑）

＞相転移起こして固体になったんならその分分子運動のエネルギー失いますから
問題はそのエネルギーが何になって何処へいったのかじゃないでしょうか。
そしてその氷は熱＝エネルギーを吸収している（冷たい）のか放出している（暖かい）のか。

系としてでてくるエネルギー形態は熱と電気ですが、電気エネルギーとして放出するには電位の低い方から高い方へ電流がながれなければなりません。それはたぶんないでしょう。
通常は冷却によってそのエネルギー＝凝固熱を奪うわけですが、断熱状態で、しかも電気エネルギーとして系外へもでていかないとすれば、そのエネルギーはやっぱり水＝氷に熱として蓄積され、温度として表れていると考えられます。

つまり、その氷はたぶん「熱い」です。

＃圧力ではなく電圧をかけたこの現象は、加圧により100度以上で沸騰しない水も100度以上あり、0度以上で出来た氷がやっぱり0度以上なのと同じと考えればよいと思います。

kurabo 05-12-26 (月) 22:28

> typerさん
熱い氷なのでしょうか…。未だに実感がわきませんｗ
そう、実はその実験を根性で行おうと予定していますので、
出来るかどうかはともかく…精進しますｗ有難う御座いますｗ

kappa 06-04-23 (日) 0:06

エネルギーを内部に秘めたまま凝固してしまう…
と言うことはこの電界下に於いては、永遠に融解が始まらないと言う事でしょうかね？？で、電界を除くと、融解に必要なエネルギーは内部に秘めているわけだから。一気に融解が始まる？？

にしても、100万V/mで理論予想の1/1000って…
「あら、もう固まっちゃったの?」って勢いなんでしょうかねぇ？
理論値で10億Ｖ/mって計算されてて実験をやったって事は、やはり実際に10億V/ｍまでかけるつもりだったのでしょうか…
で、電界のエネルギー以外のエネルギーが1000倍分の作用をしてるって言う事でしょうかねぇ？？

Ｐ 06-09-09 (土) 18:08