氷が溶けるのは吸熱ですか、それとも発熱ですか? (そしてなぜ?)

氷の融解は吸熱プロセスです。水の分子を結合している水素結合を破壊するには、エネルギーを熱の形で吸収する必要があります。このエネルギーは周囲環境から取り出され、温度の低下を引き起こします。

まあ、それは単純な答えでした。ただし、このトピックについては、コンセプトを明確にするために知っておくべきことがいくつかあります。

それでは早速本題に入りましょう。

なぜ氷が溶けるのは吸熱過程なのでしょうか?

氷の融解は、水分子間の引力に打ち勝ち、氷の固体格子構造を破壊するために環境からの熱エネルギーの吸収を必要とするため、吸熱プロセスです。

氷などの固体では、水分子は規則正しく整然としたパターンで配置され、分子間力によって結合されています。氷中の水分子間のこれらの引力は比較的強く、分子を固定位置に保持して固体状態を維持します。

氷に熱を加えると、そのエネルギーは水分子に吸収されます。このエネルギーの増加により、分子の振動がより激しくなり、固体構造を保持する分子間力が弱まります。その結果、氷が溶け始め、液体の状態に変わります。

このプロセス中に吸収される熱エネルギーは、物質の運動エネルギーや温度を上昇させるのではなく、分子間力に打ち勝つために使用されます。

これが、たとえ熱が加えられたとしても、固体から液体への相変化中に温度が一定に保たれる理由です。吸収された熱エネルギーは、水分子間の結合を破壊し、固体の氷を液体の水に変えるために使用されます。

核融合プロセスは環境からの熱エネルギーの入力を必要とするため、吸熱プロセスと考えられます。「吸熱」という用語は「熱を吸収する」ことを意味し、氷の融解はそのようなプロセスの一例です。

氷の融解は熱エネルギーを環境に放出しないため、発熱プロセスではありません。代わりに、氷を保持する力に打ち勝ち、氷を液体状態に変えるには、環境からの熱エネルギーの入力が必要です。

氷が溶けると相変化が起こり、固体から液体になります。このプロセス中、氷に供給されるエネルギーは、固体ネットワークを保持する分子間力を破壊するために使用されます。

エネルギーは、転移に必要な潜熱の形で氷に吸収されます。その結果、環境は過剰な熱エネルギーを受け取らず、プロセスは吸熱的であると考えられます。

発熱プロセスでは、エネルギーが環境に放出されます。これは、水蒸気が凝縮して液体の水になるときや、液体の水が凍って氷になるときなど、物質が逆方向に相変化を起こすときに起こります。

どちらの場合も、エネルギーは熱の形で環境に放出されます。ただし、氷が溶けるときは熱エネルギーが必要ですが、放出されないため、吸熱プロセスとなります。