固体氷の昇華は液体の水の蒸発と同じくらい速く起こる

水の蒸発は氷よりはるかに速いと予想するかもしれない。 しかし驚くべきことに、アムステルダム大学の研究者たちは、小さな氷の水滴については、そうではなく、氷も水滴も同じように速く消滅することを示しました。 これは、スキーヤーならよくご存知の、降ったばかりの雪と数日経った雪が全く違うという事実を説明するものです。 この成果は、今週Nature Communicationsに掲載されました。

テーブルの上に水の入ったグラスを置いて長時間待っていると、水が蒸発することはあっても、グラス自体やテーブルが蒸発することはないと思います。 経験上、固体は蒸発しないので、同じ固体である氷もあまり蒸発しないと直感的に思っています。 しかし、物理学用語で「昇華」と呼ばれるこのような現象は、実際に起こっている。たとえば、スキーヤーは、気温が氷点下のままでも、数センチの雪が数日でなくなることを知っている。

今週 Nature Communications に掲載された研究では、アムステルダム大学の物理学者 Etienne Jambon-Puillet, Noushine Shahidzadeh および Daniel Bonn が、小さな氷滴と雪片の昇華を研究しました。 驚くべきことに、同じ条件下で、凍った氷の水滴の昇華は、液体の水からなる同じ水滴の蒸発と同じくらい速く起こることを発見しました。 この結論は、氷滴だけでなく雪片にも当てはまる。雪片は昇華する過程で丸みを帯びるが（図参照）、従来はこの過程は結晶構造の影響によるものと考えられていた。 研究者らは現在、この結晶構造は従来考えられていたほど重要ではないと主張しています。拡散の議論は、実験で観察された雪の結晶の形状の変化を定量的に説明するのに十分です

したがってこの結果は、降ったばかりの雪と数日経った雪の違いを説明しています。 しかし、この結論は、氷のしずくや雪の結晶に限らず、スキーが好きな人にとっても興味深いものである。 この発見は、小さな結晶の溶解にも同様に適用できる。なぜなら、そのダイナミクスは同じ物理学に支配されているからだ。 したがって、ナノ粒子や塩の結晶の大きさや形、医薬品の溶解速度の制御などにも応用できる可能性がある。