高級バーで見かけるような透明で美しい氷や、コンビニエンスストアで購入できる透明な氷は、その透明度の高さで多くの人を魅了しています。
しかし、家庭で冷凍庫を使って作る氷はなぜか白く濁ってしまうことが多いですね。この白濁の原因は一体何なのでしょう？
さらに、自宅でも透明な氷を作成する方法にはどのようなものがあるのでしょうか？
氷の中の白い濁りは何？
家庭用の冷凍庫で作られた氷を観察すると、表面は透明なのに対して内部に白い部分が存在することがあります。この白い部分に特別な物質が含まれているわけではなく、また特有の味を持つわけでもありません。
その正体は、実は空気です。
氷に含まれる空気の謎
水が凍る過程で内部に見られる空気の存在には、独特の科学的原理が関わっています。通常、水には気体が溶け込んでおり、これには圧力と温度が大きく影響します。高い圧力と低い温度は、気体が水に溶け込みやすくなる条件を作り出します。
例えば、炭酸飲料は二酸化炭素ガスを水に溶解させたものです。空気の大部分を占める窒素や酸素も、自然状態の水には既に溶け込んでいます。これが生物、特に魚が水中で酸素を得ることができる根拠となっています。
水が氷へと変わる際、氷の結晶構造は他の物質の侵入を許しません。これにより、氷が形成されるとき、元々水に溶け込んでいた空気は排除されます。しかし、氷結過程で未だ凍っていない水部分に溶け込んでいた空気は、徐々に濃縮されていきます。
急激な冷却が行われると、空気が溶け込む条件は向上しますが、凍結する水の量が減少するため、最終的に空気は溶け込む場所を失います。冷却速度が速い場合、濃縮された空気が氷の外に逃れる前に、氷によって囲まれてしまい、結果として氷内に空気が閉じ込められ、白い部分として視認されるわけです。
氷の中の空気が白く見える科学的理由
水や氷はその透明性から光をほぼ妨げることなく通過させます。しかし、氷の中に閉じ込められた空気の気泡は、氷の内部で凸凹の表面を作り出します。
太陽光は、白色光として知られ、この白色光は様々な波長の光を含んでいます。氷と気泡の境界において、この太陽光は全ての波長にわたって乱反射されます。この乱反射により、気泡の部分が白く見える現象が起こります。
この原理は、透明なガラスが割れた際に見られる白い破片や、かき氷のような細かく砕かれた氷が白く見えるのと同じです。光が多方向に反射されることで、本来透明なはずの物質が白く見えるわけです。
家庭で透明な氷を作る方法
空気を含まない水を準備する
透明な氷を自宅で作るための最初のステップは、氷を白くする主な原因である溶け込んだ空気を含まない水を用意することです。
気体は温度が下がると水に溶けやすくなり、温度が上がると溶けにくくなります。つまり、水温が高くなるほど、水に溶け込む空気の量は減少します。
実際、20℃の水1リットルには約18ミリリットルの空気が溶け込んでいますが、温度が80℃に上昇すると、溶け込む空気の量は約11ミリリットルに減少します。
水を加熱すると、沸点に達する前に溶け込んでいた空気が小さな気泡として現れ始めます。さらに加熱を続けると、水は沸騰し始め、水蒸気の形成が見られます。この時点で生成される水蒸気の泡にはほとんど空気が含まれておらず、水中に溶け込んでいた空気は水蒸気と共に外へ逃げていきます。
水を一定期間沸騰させることで、溶け込んでいた空気の大半が除去されます。この過程で重要なのは、水を単に温めるだけでなく、適切な時間沸騰させ続けることです。
時間を掛けて凍らせる
沸騰させた後の水から空気を効率的に取り除いたとしても、水を冷ます過程や製氷皿に移す際には再び空気が溶け込んでしまう可能性があります。この溶け込んだ空気を最小限に抑え、クリアな氷を作成するためには、水を氷に変える過程をできるだけゆっくりと行うことが重要です。
急速に凍結させると、氷の中に空気が閉じ込められ、白濁の原因となってしまいます。そのため、氷が形成される速度を調節し、空気が逃げやすい条件を作り出す必要があります。
冷凍庫での凍結速度を調整する一つの方法は、冷凍庫の温度設定を可能な限り高めに保つことです。また、製氷皿が冷凍庫の壁や底に直接接触しないように、断熱材を使用して隔てたり、製氷皿を割り箸などで持ち上げて空気の層を作ることも、ゆっくりと均一に凍らせるのに効果的です。これらの工夫により、製氷過程での空気の溶解を減少させ、透明度の高い氷を作ることができます。
ある程度凍ったら残りの水は捨てる
透明な氷を製作するプロセスでは、水が凍る過程で空気が未凍結の水部分に集中していきます。この現象を利用して、氷が約三分の二の割合で凍結した時点で、残っている未凍結の水を取り除く方法が有効です。
この段階で未凍結の水を除去することにより、水中に残っていた濃縮された空気も一緒に取り除くことが可能になり、結果として内部に空気を含まないクリアな氷を作ることができます。
透明な氷は解けにくい
透明な氷を作る際には、凍結プロセスをゆっくりと行います。この遅い凍結プロセスにより、氷の結晶が大きく成長することができます。急速に凍結された氷に比べて、ゆっくり凍結させた透明氷は、その結晶構造が大きいために特徴的な性質を持ちます。
氷が溶けるプロセスは表面から始まりますが、内部の結晶の接合部からも溶解が進みます。結晶が大きいということは、その接合部が少ないということを意味し、これが透明氷が溶けにくい理由です。大きな結晶構造は、溶解の進行を遅らせるため、飲料を冷やす際にも氷が長持ちするという利点があります。
まとめ
家庭で作る氷が白く濁る主な原因は、氷中に閉じ込められた空気にあります。しかし、いくつかの簡単なステップを踏むことで、バーやレストランで見かけるようなクリアな氷を自宅でも作ることが可能です。
まず、空気をできるだけ除去するために水を沸騰させます。次に、その水を製氷皿に移し、冷凍庫でゆっくりと凍らせます。このゆっくりとした凍結プロセスによって、氷の結晶が大きく成長し、透明度が高まります。最後に、氷が三分の二程度凍った段階で、未凍結の水分を捨てることで、残りの空気を取り除きます。
この方法により、透明な氷を作ることができるだけでなく、その氷は溶けにくいという追加の利点も享受できます。これにより、飲み物をより長く冷たく保つことができます。自宅でバーのような透明な氷を楽しみたい方は、これらのステップを試してみてください。
