＜学校の勉強も役に立つシリーズ＞　モル凝固点降下

始まる前は「オリンピックなんて感動の押し売りは嫌だ」とほざいていた私ですが・・・・
カーリング面白いですねえ。頭脳ゲームですねえ。
スノーボード面白いですねえ。カッコいいですねえ。
フィギュア面白いですねえ。羽生の演技、音楽と一体になっていましたねえ。
ジャンプ回転も良いんですが、演技と音楽が一体になっていましてねえ。

と、結局テレビ見ています。だらしないなあ・・・


では本題。
長男君はもうすぐ高校生ですが、世の中で様々な人と会話すると
・高校の授業忘れちゃった。覚えていない。
・高校の授業が難しいから嫌い
・大体学校の勉強って何の役に立つの？
等々、まあ高校の授業については皆さん、不満タラタラですな。

まあ、元々勉強嫌いというのもあるのでしょうが（私も強制的にする勉強は大嫌い）、「これは世の中の何々に役に立つ」等と面白おかしく教える先生がいない・・ということでもあるんです。

そこで、＜学校の勉強も役に立つシリーズ＞ってのを連載しようと思います。
第一回目は「モル凝固点降下」であります。
「なんじゃそりゃ」という方も多いと思いますが、クルマ関係では良く使われる原理です。

この原理が、現在最も使われているのは「融雪塩」です。
多くの場合、塩化カルシウムというのをバラまきますね。
これ「水に不純物が混じると、氷り難い」という原理の応用です。

何で氷り難くなるかというと・・・
①水は温度が下がると分子の活動が鈍る。
②0℃付近になると、活動をやめて、隣の分子と手をつなぎたくなる＝氷る。
③ここに不純物が混じると、手をつなぐ邪魔をする＝氷り難くなる。

で、これを式にすると
ΔT＝Km　（ΔT＝氷る温度の低下、K＝定数、m＝不純物の質量モル濃度）
となります。
簡単に言えば「不純物が多い程、氷り難くなる」という事です。
この不純物は溶質（この場合は水）に溶ける・・ということが前提になります。

で、融雪塩をバラまくと、水に不純物が混じり、道路が氷り難くなるということになります。


ところで、融雪塩って塩化カルシウムが多く使われますね。
本当は塩化ナトリウム（食塩）でも良いわけです。
水に溶けるんだったら、砂糖でもアルコールでも良いわけです。

但し食塩の材料は岩塩や海水ですから、こちらの方が値段が安い。
更に言えば、塩化カルシウムは
２NaCl+CaCO3→CaCl2+Na2CO3
と塩化カルシウムと炭酸カルシウムを反応させて作っています。
この点でも、塩化ナトリウム（食塩）をバラまいた方が値段が安い・・・と言うことができます。

更に言えば、塩化カルシウムは１㎏当りの不純物の量が少ないんです。

同じ１㎏をバラまくとすれば、塩化ナトリウムの方が不純物（イオン数）が多く、凝固点降下作用が大きいことがわかります。

ところが、「水溶液の最低凝固点及び濃度」を見ると、塩化カルシウム水溶液は「重量濃度が32％の時、-51℃まで凍らない」となっています。
つまり、クルマが走行可能な地域だったら、塩化カルシウムをバラまいておけばOKということになります。
この塩化カルシウムが-51℃まで凍らない・・・は大学レベルの説明が必要になるので、ここでは省略します（つまり私も判らない・・・と言いう事）。


但し、塩化カルシウムも万能ではありませんで、重量濃度が32％以上になると、凝固点降下作用が落ちる＝水が凍りやすくなる・・になるので、バラまき過ぎはダメなんです。

ここで、冷却水（LLC)を自分で交換したことがある人は「そういえばLLCも濃度が高すぎるのはだめなんだ」と思い出しますね。
LLCの主成分はエチレングリコール。
これも水に溶け、適度な濃度であれば冷却水は0℃以下になっても氷りません。
但し、濃度が薄いと氷り易くなり、高すぎても氷り易くなります。
なのでLLC濃度は30～50％と決められています。

もう一つ「モル沸点上昇」という現象もあります。
これ、不純物が多いと沸点が上がる・・・という原理で、式はモル凝固点降下と同じです。
エチレングリコールを添加することで、「冷却水は100℃でも沸騰しない・・・」に使われています。


シリンダーブロック、トランスミッションケース、ホイールに使われる「アルミニウム」を精製する時にも、モル凝固点降下が使われます。
アルミニウムはボーキサイト（泥みたいなもの）を水酸化ナトリウムで処理して、酸化アルミニウム（Al2O3）を取り出した後、熱で溶かして電気分解してアルミニウムを精製します。
酸化アルミニウムの凝固点は1200℃と大変高いのですが、ここに不純物（氷晶石）を混ぜると、凝固点が800℃に低下し、エネルギー費が節約できる・・・にも応用されています。


こんな風に、学校で習った原理ってアチコチで使われているんですよ。
なので高校行ったら、ちゃんと勉強してね。長男君。