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小学生の理科の自由研究 氷をきれいに作る

小学生の理科の自由研究で氷を濁らずきれいに作る

というものがあります。

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実はこれ、けっこう難しかったり、家の人が許してくれるかなどハードルは高めです。

家庭の冷蔵庫で氷を作ると真ん中が白く濁りますよね。

この自由研究は白く濁る原因を全て調べて取り除けば透明できれいな氷ができるというものです。

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一回での成功はなかなか難しいので時間の余裕をもって行うことがたいせつです。

小学生が行うときにはどのようにやったらうまくいったか、失敗したらその原因は何かをきちんと記録していくことが大切です。

できた、できないという結果だけでは良い自由研究とはならないので、1日で簡単に出来るとは思わないでください。

まだ夏休みの時間が残っている人はこの先を読み進めてください。

では、はじめます。

氷をきれいに作るために



まず、実験するにあたって次のことがクリアーする必要があります。

・冷凍庫を長時間使わせてもらえるか
・火をつかうのでお家の人についていてもらえるか

この二つが許されることが理想です。

まず、冷凍庫には大抵は冷凍食品などが入っています。

家庭用冷蔵庫の冷凍庫は冷凍食品などが入っていたり、肉が凍らせてあったりします。

この自由研究では水を凍らせるのに長時間、温度を高めにする必要があるので、

中に入っているものをそのままにしておくと傷んでしまったり、捨てなくては行けなくなったりする可能性があります。

冷凍庫が二つあるご家庭は少ないと思いますので、良く相談してから実験をしましょう。

氷が白く濁る原因は



では実験の前に氷が白く濁る原因を知っておきましょう。

この原因を取り除いて氷を透明に作るのが今回の自由研究です。

◆氷が白く濁る原因

家庭用の冷凍庫で作った氷は売っているもののように透明ではありませんね。

これは次の様な原因によるものです。

・空気

氷の中に気体のまま残った空気が原因の一つです。

氷の中を通ってきた光は空気の部分で乱反射して白く濁って見えます。

・不純物

ミネラルやトリハロメタン、残留塩素などの不純物も濁りの原因となります。


透明できれいな氷を作るにはこの二つを凍らせるときに残らないようにすればよいのです。

透明な氷を作る実験



では透明な氷を家庭で作る実験に取り掛かってみましょう。

最初はノーマルにやってみます。

◆準備するもの

氷を作る容器
割りばし

◆実験の方法

水を沸騰させる

不純物、空気などを自らできるだけ取り除くために水をあらかじめ沸騰させます。

粗熱が取れたら実験を始めます。

容器に入れる

先程の水を容器に入れます。

からの牛乳パックが壊れず最適です。

冷凍する

冷凍庫の床面にパックが触れないように割りばしなどを下に敷いてその上にパックを乗せます。

大体6時間くらいは置きましょう。

取り出す

水が凍ったら、取り出してパックを破いて中を確認します。


どうでしょうか?

実は私はうまくいきませんでした。

普通の状態で凍らせたものよりは確かに透明に近くなりましたが、成功とは言えなかったです。

そこでさらに原因を調べていくつかの点を改良しました。

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より透明な氷に近づけるために



水を沸騰させてから使ったので不純物などはできる範囲内で取り除けていると思うので、

水が凍っていくスピードが問題ではないかと考えました。

水は冷気に触れる面から凍っていくので、割りばしで浮かせた状態では上下左右から凍り始めます。

中心部分は一番最後に凍ります。

冷凍庫の温度が低すぎると、空気が抜ける前に回りが凍って逃げ場がなくなり、

結果として閉じ込められる事が分りました。

そこで次のような点を変更して実験を行います。

・冷凍庫の温度を上げる

通常は家庭用の冷凍庫は-18度から-20度くらいの間に設定されていると思います。

温度設定ができるものならば、-10度くらいにあげて、徐々に凍っていくようにします。

・容器の回りの断熱性を高める

牛乳パック自体が紙製で熱を伝えにくい性質を持っていますが、さらに冷気が水をゆっくり冷やすようにします。

そこでよく梱包資材に使われるエアキャップ(プチプチのついたもの)を巻きます。

こうすると冷え方が緩やかになり、凍っていく過程で空気を逃がしやすくなり、より透明に近づきます。

ただし、時間は20時間くらいはかかると思います。


この方法でやってみると最初に比べてはるかに氷の透明度が増すはずです。


参考までに行ってみた実験の結果の比較です。

・最初の実験で作った氷

白く濁っている部分が見られる。成功とはいえないかもしれない。

・冷凍庫の温度はそのままで、エアキャップを巻いて作った氷

先程よりも透明に近づいたが、濁りは消えない。

・冷凍庫の温度を-10度まで上げて、エアキャップを巻いて作った氷

かなり透明になった。反対側が透けて見えるようなものが出来た。


使った水は煮沸した水でどれも同じなので、凍るまでの時間がきれいな氷を作るカギと言えるでしょう。

上手くいかなかった実験とうまくいった実験を比べてみて、どの点が違っているのかを考えると自由研究としてまとめやすくなります。

透明な氷をつかった応用



この自由研究で氷を透明に作ることに慣れてきたら、フラワーアイスを作ってみると面白いです。

氷の中に花やフルーツを閉じ込めてしまうものです。

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出典:https://diyers.co.jp/articles/icedcube_s
これは工作としても面白いですよ。

◆用意するもの

食用の花
容器
沸騰させた水

◆作り方

基本的に先ほど透明の氷をつくった方法と同じです。

でも、花を氷の真ん中に入れるにはコツがあります。

・花を真ん中に配置する作り方

まず、容器の半分くらいまで水を入れます。

そこに花を浮かべて凍らせます。

凍ったら、残りの水を入れて再び冷凍庫へ入れます。

凍ったら出来上がりです。

・花を片方に寄せて配置する作り方

容器に花を下向きに入れます。

そこに水をいっぱいまで注ぎます。

後は凍らせて完成です。

逆さにすると浮き上がらないので一回でつくれます。


個人的にはパンジーやキンギョソウがきれいに出来あがると思います。

花の代わりにフルーツを入れても涼しげで面白いですよ。


このフラワーアイスには必ず食用として売られている花をつかってください

このあたりはきちんと自己責任で行ってください。


透明の氷を作ることは小学生の自由研究に向いていますけど、十分な時間と家の人の協力が必要です。

十分な時間と準備をして取り組んでください。

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