氷とドライアイス — 融解と昇華の粒子モデルIce and Dry Ice — Melting vs. Sublimation

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. ドライアイスを室温に置いておくと、氷のように水たまり(液体)ができると思いますか。If you leave dry ice at room temperature, do you think it will form a puddle (liquid) the way ice does?💡 ドライアイスを入れた袋や箱の中が、使ったあとにぬれているかどうかを思い出してみましょう。Think about whether a bag or box that held dry ice is wet after the dry ice is gone.
2. 固体・液体・気体で、粒子の並び方と動く速さはどのようにちがうと思いますか。How do you think the arrangement and speed of particles differ among a solid, a liquid and a gas?💡 粒子どうしの間かくと、粒子がその場にとどまっているかどうかに注目しましょう。Focus on how far apart the particles are and whether they stay in place.

2動かしてみようTry it

1. 「温度」スライダーを −100.0℃ にし、左の「氷(水)」と右の「ドライアイス」の両方が「固体」で、粒子が規則正しく並んでその場で小さくふるえていることを確認する。Set the "Temperature" slider to −100.0℃ and confirm that both "Ice (water)" on the left and "Dry ice" on the right are "Solid", with particles in a regular arrangement vibrating in place.
2. 温度を −60.0℃、−10.0℃ と上げ、ドライアイス側の状態表示(左上のラベル)と粒子のようすを観察する。氷側に変化があるかも確かめる。Raise the temperature to −60.0℃ and then −10.0℃, and observe the state label (top left of each box) and the particles on the dry ice side. Also check whether anything changes on the ice side.
3. 温度を 10.0℃ に上げ、氷側の粒子の並び方がどう変わるかを観察する。Raise the temperature to 10.0℃ and observe how the arrangement of particles on the ice side changes.
4. 温度を 50.0℃ に上げ、氷側の状態表示と、水面から飛び出す粒子を観察する。スライダーの下の「粒子の速さ(相対)」の数値も温度ごとに記録する。Raise the temperature to 50.0℃ and observe the state label on the ice side and the particles escaping from the surface. Also record the "Particle speed (relative)" value at each temperature.
5. 「表示粒子数(両パネル共通)」を 20 や 60 に変え、両方のパネルで粒子の数が変わり、固体の並びが組み直されることを確認する。Change "Particles shown (both panels)" to 20 or 60, and confirm that the number of particles changes in both panels and the solid arrangement is rebuilt.

3確かめようCheck

1. −60.0℃ と −10.0℃ のとき、ドライアイス側と氷側はそれぞれどの状態でしたか。At −60.0℃ and at −10.0℃, what states were the dry ice side and the ice side in?→ −60.0℃ ではドライアイスは「固体+気体」で、固体の表面から粒子が直接飛び出していました。−10.0℃ ではすべて「気体」になりました。氷側はどちらの温度でも「固体」のままでした。At −60.0℃ the dry ice was "Solid + Gas", with particles jumping directly off the surface of the solid. At −10.0℃ it was all "Gas". The ice side stayed "Solid" at both temperatures.
2. ドライアイス側に「液体」の表示や、容器の底にたまる粒子が現れたことはありましたか。Did the dry ice side ever show "Liquid" or particles collecting at the bottom of the container?→ ありません。ドライアイスは −78.5℃(昇華点)を超えると固体から直接気体になり、どの温度でも液体にはなりません。No. Above −78.5℃ (its sublimation point) dry ice turns directly from solid to gas, and it never becomes a liquid at any temperature.
3. 10.0℃ と 50.0℃ のとき、氷側の粒子はどのようになっていましたか。What were the particles on the ice side like at 10.0℃ and at 50.0℃?→ 10.0℃ では規則正しい並びがくずれて「液体」になり、粒子どうしがくっついたまま底で位置を入れかえながら動いていました。50.0℃ では「液体+気体」になり、水面から飛び出した粒子が容器の中を速く飛び回り、壁ではね返っていました。At 10.0℃ the regular arrangement broke down into "Liquid": particles stayed in contact at the bottom while changing places. At 50.0℃ it became "Liquid + Gas", and particles that escaped from the surface flew quickly around the container, bouncing off the walls.
4. 温度を上げると「粒子の速さ(相対)」はどう変わりましたか。How did "Particle speed (relative)" change as the temperature rose?→ −100.0℃ で×0.33、−60.0℃ で×0.50、20.0℃ で×0.83、60.0℃ で×1.00 と、温度が高いほど連続的に速くなりました。固体のふるえも大きくなります。It increased steadily with temperature: ×0.33 at −100.0℃, ×0.50 at −60.0℃, ×0.83 at 20.0℃ and ×1.00 at 60.0℃. The vibration of the solid also became larger.

4考えようThink further

1. 状態が変化しても、粒子の数は変わりません。では、ドライアイスが昇華すると体積が大きくふえるのはなぜですか。The number of particles does not change when the state changes. Why, then, does the volume increase greatly when dry ice sublimes?→ 固体では粒子どうしがすき間なく並んでいますが、気体になると粒子どうしの間かくが大きく広がり、自由に飛び回るからです。粒子の数(質量)は変わらず、間かくが変わることで体積が変わります。In a solid the particles are packed closely together, but in a gas the spaces between them become very large and they fly around freely. The number of particles (the mass) stays the same; the change in spacing is what changes the volume.
2. ドライアイスが「ドライ(かわいた)」アイスとよばれるのはなぜだと考えられますか。Why do you think dry ice is called "dry" ice?→ ふつうの圧力では溶けて液体にならず、固体から直接気体になるため、まわりがぬれないからです。Because at ordinary pressure it does not melt into a liquid but turns directly from solid to gas, so it does not make things wet.

よくある誤解Common misconceptions

• 「固体はすべて、温めると必ず液体になってから気体になる」という誤解。ドライアイスのように、固体から直接気体になる物質もあります。The idea that every solid must become a liquid before it becomes a gas. Some substances, such as dry ice, turn directly from solid to gas.
• 「ドライアイスから出る白いけむりが二酸化炭素の気体である」という誤解。二酸化炭素の気体は無色で、白く見えるのは冷やされた空気中の水蒸気が小さな水や氷のつぶになったものです。The idea that the white fog from dry ice is carbon dioxide gas. Carbon dioxide gas is colorless; the white fog is water vapor in the air that has been cooled into tiny droplets or ice crystals.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)