振るだけでペットボトルの水が急速に凍る。スナップフリーズ（瞬間冷凍）をとらえた映像

　ペットボトルに入れた水を、寒い冬の戸外に放置した後でひと振りすると、急速に全体が凍る様子が映し出された映像が話題となっている。

　この瞬間芸の裏の科学は、水が液体から固体に変化する仕組みと関係がある。

　まずはその映像を見てみよう。

過冷却状態にあった水に振動を加えることで起きるスナップフリーズ

　通常、周辺の温度が0℃になると、水は結晶化して氷になり始める。だが、この結晶化のプロセスには、水の分子が自らを整列させることができる核という基地が必要だ。水が純水に近いと結晶化は起きず、氷点下でも液体の状態を保持している現象のことを、過冷却と言う。

　動画でわかるように、瞬間冷却はちょっとボトルをシェイクして、このデリケートな過冷却状態が崩れたときに起こる。

過冷却状態はマイナス40℃を超えると起きやすい

　ボトルを揺らすと、ボトルの内側から小さな霜片が取り除かれる。そのため、核生成部位が失われて隙間ができ、残った氷の結晶が互いに大きくなってたちまち固まる、つまり凍るというわけだ。

　水がどれくらい密に凍るかは、戸外の気温によるが、この動画からはわからない。水は氷るときに1グラム当たり80カロリーの熱を放出する。一般家庭のキッチンにあるくらいの冷凍庫の温度では、それほど氷点下にならないため、ボトルの水がガチガチに凍ることはない。

　実は水は凍りながら熱を放出していて、残りの水を液体状態に保っているため、凍っているといっても実際にはシャーベット状態になっている。しかし、この過冷却状態がマイナス42℃くらいの非常に低温になると、ボトルの水が急速に凍る。

沸点に達するときにおきる「過熱状態」

　水がこうした奇妙な挙動を示すのは、液体から固体になる氷点下のときだけではない。沸点に達したときも起こることがある。

　温度が100℃以上になっても気化しない過熱状態のことだ。過冷却と同様、水が純水に近く、容器の内側に凹凸がなく、核形成部位ができないときに起こる。過冷却水の氷の結晶同様、沸騰が始まると出てくる気泡がくっつくところがないからだ。

　だが、過熱状態の液体は、過冷却の水よりも危険だ。揺すると氷になるのではなく、いきなり気体となるため、非常に熱い液体が爆発的に噴き出すことがある。


Superheating of water (Mythbusters)

　電子レンジで水を沸騰させるとこうした噴出が起こり、第2度熱傷の危険を伴うことがあるので注意が必要だ。

References:reddit/ translated by konohazuku / edited by parumo
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