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氷(こおり)






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水(みず)

氷を食べたい

深層水

海水








氷の種類
高圧氷
  • 普段見かける氷の結晶は、水の酸素原子が正六角形に規則正しく並んでいる。
    金属の結晶などと比べるとすき間が多く、氷が水に浮かぶのもこのためだ。
    • ところが、圧力を2万気圧以上にしたり、温度を−100℃以下にしたりすると、結晶の構造が違う氷が出来る。北海道大低温科学研究所の前野紀一教授によると、普通の氷とは違うこうした「高圧氷」は、少なくとも10種類見つかっている。
      「高圧水」は同じ圧力のかかった水に入れても、比重が大きいため浮かばない。
      氷は固体が液体よりも軽い数少ない物質だが、こうした性質も、氷の中の一部が持っているだけという。


世界最小の氷を作製
  • 1999年、米ノースカロライナ大学の研究チームは氷の分子6個で出来た世界最小の氷をつくることに成功した。氷はどこにでもありなじみ深い物質だが、その性質についてはよく分かっていないことも多い。


塊出来ない氷
  • 日本とノルウェーの共同グループは北極海に住む魚から得た特殊なタンパク質を水に混ぜることで、0℃以下でも氷の塊が出来ないようにする技術を開発した。タンパク質が持つ水をはじく性質を利用。氷は微細な結晶以上には大きくならないので、水と同じようにパイプなどで運べる。
    開発したのは工業技術院機械技術研究所とノルウェー工科大学付属国立研究所の共同グループ。新技術は『アンチフリーズ』と呼ばれるタンパク質を使う。
  • 北極海の魚はこのタンパク質の働きにより、0℃以下の環境でも生きるとされている。
    アンチフリーズは42個のアミノ酸が螺旋状につながった構造で、螺旋の一方が親水性、もう一方が疎水性を持つ。
  • アンチフリーズを入れた水を0℃以下に冷やすと、アンチフリーズが親水基で氷の結晶表面にくっつく半面、疎水基によって他の結晶が結びつくのを妨げる。
    その結果、氷の結晶は大きな塊に成長することが出来ず、太さ2ナノメートル(1ナノ=10億分の1)の細長い氷の集まりになる。


スラリーアイス
  • I社は『スラリーアイス』の小型製造装置を開発した。
    普通の氷に比べ魚介類を急速に冷やせるため、傷つけずに長期間鮮度を維持できる。
    新装置は二重円筒状の製氷部の外側に冷媒、内側には海水を入れる。冷却されて筒の内側の壁から固まり始めた氷の結晶を刃で掻き取りながら直径0.1〜0.5mmのスラリーアイスを作る。

酸素を含まない氷
  • 水中の酸素を窒素などで取り除いた氷は、その一部が溶けても酸化しにくく、鮮度を保持できる。








アモルファス
  • 2002年、これまで解明されていなかった凍結のメカニズムを、名古屋大学の研究チームがコンピューターによるシミュレーション(模擬実験)で突き止めることに成功した。
    英科学誌ネイチャー.3.28日で発表する。
    今回の成果を元にすれば、
    • 凍っても体積の増えない
    • アモルファス(非晶質)の氷
    • が実現できる。

    生鮮物の鮮度を長期間保つ冷凍技術に役立てることが可能になると言う。
    水は液体状態だと分子同士が互いに引き寄せ合うため、不規則な3次元構造をしている。氷になると分子同士が規則正しく並ぶ結晶構造に変わる。温度を下げて行くだけで、どのような順序で不規則な分子の並びが規則正しくなっていくのかがよく分かっていなかった。

  • 名大理学研究科の大峯巌教授らは、スーパーコンピューターをほぼ6年間動かし続けて、この疑問に答えを出した。凍結のための温度や氷の密度条件をいくつも設定し直し、純水が摂氏零下40度を境に水から氷になる変化をとらえた。
    運動をしている水分子が、液体から固体になる境界温度に近づくにすて、ところどころ動きがとれなくなる空間ができてくる。この「止まった空間」が氷の結晶をつくるタネ(核)になることが分かった。
    水の拡散状況などにおける模擬実験と自然界との結果が一致することなどから、「現実に起きている現象を(シミュレーションは)再現している」(大峯教授)という。


強誘電体氷
  • 強誘電体氷は、−200℃ぐらいの低温で、水分子を構成する水素原子と酸素原子の位置関係が自然にそろうことでできる。氷の表面に電気を帯びやすくなり、他の分子との結合力が増えるため、宇宙空間の物質が集まって惑星が誕生する際に重要な役割を果たしている可能性がある。
    中性子を使った実験で存在は確認されていたが、宇宙空間で検出する方法が無かった。
    2009年、日本原子力研究開発機構・東京大学などは電気を帯びやすい「強誘電体氷」と呼ぶ特殊な氷を検出する技術を開発した。
    強誘電体氷に赤外線を当てて分析すると、通常の氷とは光を吸収する性質が異なることが分かった。
    研究チームは厚さが2マイクロbの薄い氷を作製。波長約12マイクロbの赤外線を当てて吸収を調べた。−173℃以下にすると通常の氷と吸収の特徴が変化、強誘電体氷の存在が確認できた。


オゾンを含む氷
  • 2012年、中央大学の松本浩二教授らは、オゾンの微小な気泡を含む氷を作る装置を開発した。
  • オゾン氷は大きさが数十マイクロbのオゾンの気泡を多量に含む。溶けると殺菌効果のあるオゾンを放出する。殺菌に必要なオゾンの濃度は0.5ppm。この装置では6〜8ppmの氷を自在に作れるという。






氷が解けるとき
2種類の液体に
  • 2012年、氷の結晶が融点付近でとけだす様子を北海道大学低温科学研究所の佐藤元准教授(結晶成長学)のグループが分子レベルで解明。

  • 2種類の「表面液体相」が生成されることを突き止めた。

  • 成果は1/9の米科学アカデミー紀要(電子版)に掲載。
  • 物質の融点を少し下回る温度で表面がとけだす「表面融解」という現象が起こることが知られており、これによってスケートで氷上を滑ることができる。
  • 佐藤准教授らはオリンパスと共同開発した特殊な光学顕微鏡で、表面融解が起こる段階の氷の分子の観察に成功した。
  • -1.5℃以上で氷がとけだすと、氷の表面が盛り上がるようにしずく状の表面液体相が発生、さらに0℃に近づくと別の液体相の層ができていた。
  • 2種類の液体相は、ともに水分子でできているのに混ざり合わず、水面に雨粒が乗ったような形になった。

  • これまで表面液体相は1種類しか存在しないと思われていた。
  • 固体から液体へ状態が変わる「相転移」に関わる現象の謎解明につながる。







過冷却(マイナス2度
  • 冷蔵庫からキンキンに冷えた瓶ビールを取り出し、グラスに注ぐ。
  • すると液体だったはずのビールがたちまちシャーベット状に変わり、グラスの中に小さな氷の山ができる。
  • このマジックの正体は液体をゆっくりと冷やせば氷点下でも凍らない「過冷却」と呼ばれる現象を利用したもの。





南極の海氷
  • 2016年、英レディング大のチームは、南極大陸を取り巻く海氷の大きさについて、約100年前と現在とでほとんど変わっていないことが、ロバート・スコットやアーネスト・シャクルトンらの南極探検隊の日誌から分かったと発表。
  • 南極の海氷は地球温暖化の影響で融解しm海面上昇などを招くのではないか懸念されている。
  • 欧州地球科学連合の機関誌に発表された研究結果によると、1897〜1917年の間に航海した探検日誌を分析した。
  • 記録にある氷の端の位置をもとに分析した。











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