1. 結論：塩を混ぜると氷水は0℃より低くなる

氷と塩を混ぜると冷たくなるのは、塩そのものが冷たいからではありません。塩が氷の表面にある水に溶けることで、水が凍る温度が0℃より低くなるためです。この現象を凝固点降下といいます。

普通の氷水は、基本的に0℃付近で安定します。しかし、氷に塩を混ぜると、氷がさらに溶け続けます。氷は溶けるときに周囲から熱を奪うため、混合物全体の温度が下がります。

条件がよければ、家庭の実験でもマイナス10℃前後まで下がることがあります。氷と塩の比率がうまく合うと、理論的にはさらに低い温度に近づき、食塩水の共融点は約マイナス21℃とされています。

つまり、氷と塩の組み合わせは、身近な材料で作れる簡易的な低温冷却装置のようなものです。手作りアイス、自由研究、道路の融雪剤など、さまざまな場面に応用されています。

2. 凝固点降下とは何か

水は通常、0℃で凍ります。この「液体が固体になる温度」を凝固点といいます。水の場合は、凝固点を氷点と呼ぶこともあります。

ところが、水に塩や砂糖などの物質が溶けると、水分子がきれいに並んで氷になる動きが妨げられます。その結果、0℃になっても凍りにくくなり、もっと低い温度まで下がらないと凍れなくなります。

これが凝固点降下です。

凝固点降下の基本的な考え方：
溶けている粒子が多いほど、水は凍りにくくなる

食塩は水に溶けると、主にナトリウムイオンと塩化物イオンに分かれます。水の中で粒子の数が増えるため、水分子が氷の形に整列しにくくなります。

ここで大切なのは、凝固点降下は「冷たさを生み出す魔法」ではないということです。塩が水の凍り方を変え、その結果として氷が溶け続け、熱が奪われることで温度が下がります。

3. 氷と塩を混ぜたときに起きていること

氷の表面には、0℃付近でごく薄い水の層があります。そこに塩をかけると、塩がその水に溶けて食塩水になります。

すると、次のような流れが起こります。

1. 氷の表面の水に塩が溶ける
2. 食塩水の凝固点が0℃より低くなる
3. 0℃付近では食塩水が凍りにくくなる
4. まわりの氷がさらに溶ける
5. 氷が溶けるときに熱を奪う
6. 氷・塩・水の混合物の温度が下がる

氷が水になるには、熱が必要です。この熱を融解熱といいます。氷は溶けるとき、まわりから熱を受け取ります。そのため、周囲の容器や中に入れた材料が冷えていきます。

さらに、固体の塩が水に溶ける過程でも熱の移動が関係します。日本ガイシの科学解説では、氷が溶ける「融解」と、塩が溶け込む「溶解」の相乗効果により、アイスクリームが早く冷やされると説明されています。参考：日本ガイシ サイエンスサイト

4. 何度まで下がるのか

氷と塩を混ぜたときの温度は、条件によって大きく変わります。家庭の実験では、うまく混ぜるとマイナス10℃前後まで下がることがあります。氷を細かく砕き、塩とよく混ぜ、外から熱が入りにくい容器を使うほど温度は下がりやすくなります。

食塩水には、もっとも低い温度で氷と塩水が共存する点があります。アメリカ化学会の教育資料では、塩化ナトリウムと水の混合物の共融温度はマイナス21.1℃とされています。参考：American Chemical Society, Salting Roads

ただし、実験で必ずマイナス21℃になるわけではありません。実際の温度は、氷の量、塩の量、混ぜ方、容器、室温によって変わります。

「氷は0℃だから、それより冷たくならない」と思われがちですが、氷と塩を混ぜた状態では、ただの氷水とは条件が違います。凝固点が下がるため、0℃より低い温度でも液体の食塩水が存在し、周囲を冷やすことができます。

5. 氷と塩の割合の目安

実験やアイス作りでよく使われる目安は、氷3に対して塩1です。重さで考えるなら、氷300gに対して塩100g、氷600gに対して塩200gくらいが一つの目安になります。

ただし、塩を入れれば入れるほど無限に冷えるわけではありません。塩が多すぎると、溶け残ったり、氷が早く減りすぎたりします。冷却には、塩だけでなく十分な氷の量も必要です。

自由研究では、最初から「正解の割合」を決めるより、塩の量を変えて比べるとよい結果になります。

このように条件を分けると、「塩を入れると本当に温度が下がるのか」「どの量でよく冷えるのか」を数値で確かめられます。

6. アイス作りに使える理由

手作りアイスで氷と塩を使うのは、アイスの材料を0℃より低い温度で冷やす必要があるからです。

牛乳や生クリーム、砂糖を混ぜた液体は、水だけとは違います。砂糖や乳成分、脂肪分が含まれているため、0℃付近になってもすぐには固まりません。そこで、外側に氷と塩を混ぜた冷却材を作り、材料から熱を奪います。

明治の食育コンテンツでも、氷に塩を混ぜると0℃より低い氷水ができ、冷凍庫を使わずにアイスクリームを作れると説明されています。参考：明治 食育コンテンツ

大切なのは、塩はアイスの材料に直接入れるのではなく、外側の冷却材として使うことです。塩水が中に入ると、しょっぱくなるだけでなく衛生面でもよくありません。袋は二重にし、口をしっかり閉じましょう。

7. 手作りアイスの失敗例と対策

氷と塩を使っても、条件が悪いとアイスはうまく固まりません。よくある失敗は、冷却材の温度が十分に下がっていないこと、または材料に熱が入り続けていることです。

アイスをなめらかにするには、ただ冷やすだけでは不十分です。冷やしながら混ぜることで、氷の結晶が大きくなりすぎるのを防ぎます。市販のアイスクリームでも、凍らせながら空気を含ませたり、結晶を細かくしたりする工夫がされています。

8. 自由研究にするなら：実験手順と記録方法

このテーマは、家庭で試しやすく、温度を数値で記録できるため、自由研究に向いています。単に「冷えた」と書くのではなく、条件を変えて比較すると、説得力のある研究になります。

用意するものは次の通りです。

実験手順は、次のようにすると分かりやすくなります。

1. 氷を同じ量ずつ容器に入れる
2. 塩の量だけを変える
3. 温度計を入れて、最初の温度を記録する
4. 1分ごとに温度を測る
5. 10分ほど続けて、最低温度を比べる
6. 結果を表やグラフにする

記録表は、次のように作れます。

この表の数値は記録例です。実際の実験では、温度計で測った値をそのまま使いましょう。

考察では、次のような視点を入れるとよいです。

塩を入れた容器では、氷だけの容器より温度が下がった。これは、塩が水に溶けることで凝固点が下がり、氷が0℃以下でも溶け続けたためだと考えられる。氷が溶けるときに周囲から熱を奪うため、混合物の温度が下がった。

余裕があれば、氷の大きさ、塩の種類、混ぜる回数、容器の違いも比べられます。

9. 砂糖でも同じように冷えるのか

砂糖でも凝固点降下は起こります。砂糖が水に溶けると、水分子が氷になる動きを妨げるため、水は0℃より低い温度まで凍りにくくなります。

ただし、冷却材としては食塩の方が使いやすいです。食塩は水に溶けるとイオンに分かれ、溶液中の粒子数が増えやすいからです。凝固点降下は、溶けている粒子の数に大きく関係します。

アイスの材料に砂糖を入れるのは、冷却材にするためではありません。甘さをつけ、食感をやわらかくするためです。一方、外側の氷に混ぜる塩は、材料を冷やすためのものです。

この2つを混同しないようにしましょう。

10. なぜ身近な科学として重要なのか

氷と塩の現象は、子どもの自由研究だけでなく、食品、気象、道路管理、環境問題にも関係しています。

たとえば、アイスクリームは身近な食品ですが、その市場は大きくなっています。一般社団法人日本アイスクリーム協会によると、2024年度のアイスクリーム販売金額はメーカー出荷ベースで6,451億円となり、過去最高を記録しました。参考：日本アイスクリーム協会 販売実績

また、総務省統計局の家計調査をもとにした同協会の資料では、2025年の二人以上世帯におけるアイスクリーム支出金額は13,044円で、6年連続で1万円を超えたとされています。参考：日本アイスクリーム協会 家計調査実績

アイスはただの嗜好品ではなく、冷凍、結晶、乳化、温度管理といった科学が詰まった食品です。

さらに、冬の道路にまく融雪剤も、凝固点降下を利用しています。塩化ナトリウムや塩化カルシウムを使うことで、雪や氷を溶けやすくします。ただし、塩分は車の金属部品、道路、植物、河川環境に影響することがあるため、便利さとリスクを両方理解する必要があります。

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11. 安全に実験するための注意点

氷と塩の実験は比較的取り組みやすいですが、温度が0℃を大きく下回ることがあるため、扱いには注意が必要です。

特に、氷と塩を混ぜたものを素手で長く触るのは避けましょう。冷たさが強く、皮膚に当て続けると凍傷や低温やけどのような状態になるおそれがあります。

また、金属製の容器は冷えやすく、触ったときに非常に冷たく感じることがあります。小さな子どもと実験する場合は、ボウルの下にタオルを敷いたり、手袋を使ったりすると安心です。

12. よくある質問

Q1. 塩を入れると氷はなぜ早く溶けるのですか？
塩が水に溶けると、食塩水の凝固点が0℃より低くなります。そのため、0℃付近でも氷が溶けやすくなります。氷が溶けるときに周囲から熱を奪うため、温度が下がります。

Q2. 氷と塩を混ぜると何度まで下がりますか？
家庭実験では、条件がよければマイナス10℃前後まで下がることがあります。理論上、塩化ナトリウムと水の共融温度は約マイナス21℃ですが、実際の実験では氷の量、塩の量、混ぜ方、室温によって変わります。

Q3. 氷と塩の割合はどれくらいがよいですか？
目安は氷3に対して塩1です。たとえば氷300gなら塩100g程度です。ただし、実験では塩の量を変えて比較すると、凝固点降下の効果を観察しやすくなります。

Q4. 塩をたくさん入れれば入れるほど冷えますか？
一定の範囲では冷えやすくなりますが、無限に温度が下がるわけではありません。塩が多すぎると溶け残ったり、氷が足りなくなったりします。冷やすには、塩だけでなく十分な氷も必要です。

Q5. 砂糖でも代用できますか？
砂糖でも凝固点降下は起こります。ただし、食塩は水に溶けるとイオンに分かれるため、冷却材としては食塩の方が一般的に使いやすいです。

Q6. 海水が0℃で凍らないのも同じ理由ですか？
基本的には同じです。海水には塩分が含まれているため、純粋な水より凍る温度が低くなります。ただし、海水には食塩以外の成分も含まれるため、家庭で作る食塩水と完全に同じではありません。

Q7. 道路に塩をまくのも凝固点降下ですか？
はい。道路の雪や氷に塩をまくと、塩が水に溶けて凝固点を下げ、氷を溶けやすくします。ただし、気温が低すぎると効果が弱くなるため、地域や状況によって使う融雪剤は変わります。

Q8. 手作りアイスに塩水が入ったら食べても大丈夫ですか？
食べない方が安全です。しょっぱくなるだけでなく、外側の氷や塩水が清潔とは限りません。袋は二重にし、口をしっかり閉じて作りましょう。

13. まとめ：冷える理由を知ると、アイス作りも自由研究も深くなる

氷と塩を混ぜると冷える理由は、塩が直接冷たさを出すからではありません。塩が水に溶けることで凝固点が下がり、氷が0℃以下でも溶け続けます。そのとき氷が周囲から熱を奪うため、混合物の温度が下がります。

重要なポイントを整理します。

この現象は、台所で見られる小さな実験でありながら、化学、物理、食品科学、環境問題までつながっています。

「なぜ冷えるのか」を理解すると、アイス作りはただの作業ではなく、温度、熱、分子の動きを観察する科学になります。自由研究にする場合も、塩の量や氷の大きさを変えて測定すれば、結果を数字で示せる説得力のある内容になります。

身近な疑問を測り、比べ、言葉で説明すること。それが、知識を本当に使える力に変えていく第一歩です。