温かい氷の科学実験

温かい氷の科学実験

子供の好きな科学実験は、魔法の要素を持つものです。

今回紹介する「温かい氷を作る」科学実験は、たった2つの材料(酢とベーキングソーダ)でできます。

子どもたちは、まさに魔法のように感じることでしょう

準備

この科学実験をするためには、以下のものを集めてください。

  • お酢(酢酸) 4杯
  • ベーキングソーダ(重炭酸ナトリウム) 4大さじ
  • ガラス製の計量カップまたはガラス瓶(耐熱ガラス)
  • スプーン

 

温かい氷を作る

実験の準備ができたら、子どもたちに温かい氷について簡単に説明し、興味を掻き立てましょう。

そして、できるだけ大人は手伝わず、子どもたちの手で実験を進めてください。

まずは、4カップの酢を計量します。

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次に、子どもたちに、火山にベーキングソーダを加えた場合に何が起こるか、子どもたちに尋ねてみてください。

「爆発するんじゃないか?」、「氷になる?」、子どもたちはいろんな想像をすると思います。

続いて、鍋にベーキングソーダを大さじ5杯入れます。

すると、子供が予測したように、ベーキングソーダと酢はすごい勢いで泡立ち、酢酸ナトリウムを形成します。

ここでのポイントは、ベーキングソーダをゆっくりと加えて、鍋の外に吹き出さないようにすることです。

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次に、全てのベーキングソーダが溶解し、泡立ちが止まるまで混合液を撹拌します。

ここから、どうやってこれから暑い氷を作ると思いますか?

「冷凍庫で凍らせる?」

いいえ、ここからは、中位の火力で混合液を煮沸します。

1時間以上かかるかもしれませんので、早く実験したい方は、量を減らしてください。

煮沸を進めると、側面に白い粉末状の結晶が形成されているのを見ることができると思います。

より高い温度で溶液を沸騰させると、黄褐色に変わることがありますが、心配はありません。実験はまだ失敗していません!

次に、濃縮した酢酸ナトリウムをガラス製計量カップに注ぎ入れ、それを冷蔵庫で冷やします。

その間に、鍋に付着している乾燥した酢酸ナトリウム粉末をすくい取ってください。

約30〜45分後、溶液は氷に変わるのに十分冷たくなります。

先程すくい取った酢酸ナトリウムパウダーをガラス皿に小さな山のように置きます。

これは、結晶が形成し始めるための種となります。

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時間が経ちましたら、冷蔵庫の溶液を取り出してください。

「氷ができている?」

いいえ、氷はまだできていないでしょう。

ただし、取り出す際はゆっくりと取り出してください。

衝撃を与えると、溶液中で結晶化プロセスを開始する可能性があります。

さあ、ここからが魔法のような事が起こります。

この溶液をお皿に載せた酢酸ナトリウムパウダーに注ぐと何が起こるでしょうか?

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それでは、ゆっくりと注いでください。

すると、すぐに結晶が形成され始めます。

透明な液体がお皿に当たるとすぐに、小さなクリスタルのように白い結晶が形成されます。

溶液を注ぎ続けると、液体はどんどん結晶化を進め、固体を形成します。

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子供たちは「もっと高く、もっと高く」と叫ぶでしょう。注ぎ続けると、まだまだ成長します…

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そして、最終的には6センチの高さまで成長しました。

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さて、この氷はどんな感触でしょうか?

 氷のように硬いですが、全然冷たくなく、熱い!

ここで注意していただきたいのは、酢酸ナトリウムのこの結晶は無害ですが、酢と同様に皮膚や目を刺激します。

結晶を取り扱うときは注意してください。

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発展

  • 色の付いた結晶を作ることができますか?着色料を追加してみてください。
  • 子どもたちは熱を放つ他の反応(例えば、手で温める、ロウソクを燃やす)を考えることができますか?
  • 結晶の核生成を説明した後、核生成を伴う他のプロセス(ヒント:ロックキャンディー、ホウ砂結晶、雲、ソーダ中の二酸化炭素ガス)を考えることができますか?

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私たちは色付きの温かい氷を作ってみました。

上手く作れたように見えますが、 「氷」の底にある水の溜まりから見ることができるように、十分煮沸できていなかったようです。

「氷」に触れてみると、熱いのではなく暖かい感じでした。

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この実験の裏にある科学

冷蔵庫内の酢酸ナトリウム溶液は、いわゆる過冷却液体です。

つまり、酢酸ナトリウムは、その通常の融点よりも低い液状です。

触ったり、衝撃を与えたり、小さな結晶を加えたりしないと、結晶化は始まりません。

溶質{酢酸ナトリウム}中の分子が溶液中にあるとき、それらは通常溶媒{水分子}で囲まれます。

時折、いくつかの溶質分子がお互いに突き当たり、しばらくの間一緒に張り付いてしまいますが、結局は壊れてしまいます。

十分な溶質分子が一緒に固着すると、溶媒中の溶質分子を破壊する力を克服できます。

これが起こると、この溶質分子の凝集塊は、他の溶質分子が固着して結晶化プロセスが始まる場所または核形成部位に役立ちます。

我々がプレート上に置いた酢酸ナトリウム粉末は、溶液中に溶解した酢酸ナトリウムの核形成部位または種として作用しました。

結晶化酢酸ナトリウムは、熱の形でエネルギーを放出する発熱過程の一例です。

結晶化する際に熱を放出するので、しばしば手を温めるカイロで酢酸ナトリウムが使用されます。

 

(参考)http://www.playdoughtoplato.com/kids-science-experiment-hot-ice/

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