自由研究のテーマで氷を使った実験をしてみたいと思いましたが、どんな科学実験があるかなぁと考えたときに水以外のものを凍らせてみようと思いました。

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難易度 ふつう
対象 小学校4年生以上
実験期間 30分
テーマ 実験
費用 200円

実験自体は、そんなに難しいものではありませんので小学4年生以上であれば行なうことができます。

道具が揃っていれば実験はできますので興味を持つのにはいいかも知れませんね。

中学生になれば、実験結果に対してどうしてそうなるのかまで調べてまとめることができます。

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準備する道具

材料 分量
30g
砂糖 10g
プラスチック製
コップ
3個
試験管 2本
かき氷機
または
アイスピック
1つ
計量器 1個
100g
スプーン 1本

塩は10gと20gに分けて使います。

かき氷機またはアイスピックは、氷を細かく砕くために使います。

試験管を入手することができないときは、100均にある化粧水などを入れる容器でも代用できます。

食塩水と砂糖水の凍り方を比べる

水溶液を作る

プラスチック製コップを2個準備して、計量器で量りながら1つずつのコップに塩10g、砂糖10gを入れます。

食塩水と砂糖水の濃度を一緒にするために正確に量るようにします。

食塩を入れたコップに100ccの水を入れます。

計量器は、食塩10gと水100ccの合計110と重さが表示されています。

食塩水を作ったら、同じように砂糖水も作ります。

プラスチック製コップには付箋で食塩水と砂糖水が分かるように貼り付けておきます。

試験管に水溶液を2cc入れる

計量器にコップを乗せて、食塩水を2cc入れます。

正確に2ccにすることが実験では大切です。

コップに入れた2ccの食塩水と砂糖水を試験管に移して、試験管にも付箋を貼って分かるようにしておきます。

寒剤を作る

プラスチック製コップに氷と塩を入れて寒剤を作りますが、氷が大きいと試験管の周りを冷やすことができずに、試験管に入れた水溶液(食塩水と砂糖水)が凍らないという原因で失敗することがありますので、かき氷機やアイスピックで氷を小さく砕きます。

かき氷機で氷を細かく砕きます。

細かくなった氷をプラスチック製コップに入れて移します。

プラスチック製コップの7割ほどまで砕いた氷を入れます。

次に食塩20gを入れます。

食塩が塩全体に混ざるようにかき混ぜます。

かき混ぜにくいときは水を入れてます。

かき氷機で細かく砕いたので水は入れなくても塩を全体に行き渡らすことができました。

実験:食塩水と砂糖水の凍り方を比べる

寒剤、氷水の中に食塩水と砂糖水が入った試験管を同時に入れます。

10秒後に試験管を出して見たら、砂糖水のほうはすでに凍りはじめていました。

砂糖水は30秒で氷になりましたが、食塩水は1分30秒で氷になりました。

食塩水を取り出したときには、凍っていませんでしたが、試験管を振ったら凍っていきました。

濃度10%の食塩水と砂糖水が1分30秒後には凍りました。

実験結果

項目 砂糖水 食塩水
凍るまでの時間 30秒 1分30秒
凍った温度 -0.9℃ -6.2℃

砂糖水が先に凍り、食塩水のほうが凍るのが遅かったです。

今回はクッキング温度計を使って砂糖水と食塩水が凍る温度を調べてみたら、砂糖水は約-0.9℃で凍り、食塩水は約-6.2℃で凍りました。

砂糖水よりも食塩水のほうが低い温度でないと凍らないことが分かりました。

どうして砂糖水と食塩水で凍る温度が違うのか?

水に溶かす前の食塩や砂糖は、分子が結びついている状態ですが、食塩は水に溶かすことでナトリウムイオンと塩化物イオンに分かれます。

図のように

砂糖10gは0.176×10の23乗個
食塩10gは2.05×10の23乗個

となり、水に溶けている粒の数が食塩のほうが多くなります。

水に食塩や砂糖を溶かすと水溶液が凍る温度が0℃よりも低くなり、この現象を凝固点降下といいます。

水が凍るときは、水分子同士がくっついて凍りますが、食塩や砂糖が溶けている水溶液は水分子以外のものが混ざっているため、水分子同士がくっつきにくくなり、凍る温度が0℃以下にならないと凍らなくなります。

そして、水に溶けている不揮発性(砂糖や塩)の物質の数が多いほど低い温度にならないと凍らなくなるため、水溶液が凍る温度(凝固点)は低くなります。

このことから、今回の実験で砂糖水が先に凍り、食塩水がより低い温度で凍ったことに間違はないことが分かりました。

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まとめ

氷水・寒剤に試験管を入れても、凍らないことがあります。

そんなときは失敗したと思わずに、氷の粒・大きさを細かくして再度、実験に挑戦してみて下さい。

氷の粒が大きくて試験管を冷やす温度が下がっていないことが考えられますので、今回の科学実験で行なったかき氷機を使ったりするといいですよ。

十分に冷えているはずなのに凍らないときには、試験管を振って中の水に振動を与えると一瞬で凍ることがあります。

この現象は過冷却といいますが、「過冷却」についても実験してみるといいかも知れませんね。

 
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夏休みの自由研究課題で何をしようかと子供に聞くと「アイスクリームを作りたい!」と言うことが多くありませんか?暑いので、アイスクリームを作ったら食べられるという考えで言っていると思うのですが、自由研究の課題としてただアイス […]

牛乳パック工作の観覧車をモーターを使い自動で動かす簡単な作り方

夏休みの自由研究工作として、牛乳パックを使って観覧車を作りました。出来栄えは、かなり満足いくものでしたが、観覧車を回す方法が手動、手で回さないといけないので、もうひとつ工夫してモーターを使って、自動で観覧車が回る簡単な仕 […]

塩の結晶の簡単な作り方と実験レポートのまとめ方

夏休みの自由研究で理科実験をテーマに何をしようと考えていたとき、簡単にできる塩の結晶を作ってレポートをまとめてみようと思いました。モールとかを使って塩の結晶作りをしてもいいと思いましたが、塩の形を知るための実験にしようと […]

年表の作り方|歴史・日本史・世界史・自分史などのテンプレート

年表を作るときに日本史や世界史などの歴史に関することや自分史のようなものがあります。歴史の年表作りは、勉強するためにも自分で作ると歴史の流れや関係性・相関関係などが分かりやすくなります。自分年表を作るのであれば、自分が生 […]

牛乳パックを使った自由研究工作!風車貯金箱の作り方

牛乳パックを使った工作で小学生3年生以上の中学年または高学年向けの自由研究に使える貯金箱を探していました。貯めるための貯金箱ではなく、仕掛けのある貯金箱を作りたいと思って色々と探していたら、風車貯金箱というものがあり、お […]

中学校3年生の自由研究テーマに何を選ぶ?人気15選と選ぶポイント

中学3年生になると簡単な自由研究テーマを選ぶのではなく、身近なものでテーマを1つ選び、そのテーマに関して、より深く掘り下げていくこと人が多いです。そのため、展示会で見る親・大人も「凄い」と思う内容のまとめ方をしているもの […]

ピカピカに光る丸いどろだんごの作り方と自由研究のまとめ方

ピカピカに光る丸いどろだんごを作ることができる常滑にあるリクシル(LIXIL)のINAXライブミュージアム体験教室に申込みましたが、人気が高く抽選で外れてしまいました。子供の夏休みの自由研究の工作として作ろうと思いホーム […]

自由研究!10円玉をきれいにする方法の結果と考察・まとめ方

お小遣いの10円玉を見ていたら、きれいな10円玉と汚れている10円玉がありました。汚れている10円玉をピカピカのきれいな10円玉にするために、台所にある洗剤で洗ってみましたが綺麗になりませんでした。だから、10円玉をきれ […]

洗濯のりを使った自由研究テーマ|工作・実験・科学・理科

小学生の自由研究で洗濯のりを使った工作・実験・科学・理科を1つしてみました。でも、買った洗濯のりって今、実際には洗濯に使わないですよね。そうすると500mlとか750mlも入っているのでどうしても余ってしまい、ずっと放置 […]

ものが立体に見える3D映像の仕組みの自由研究|3D写真を作る

理科の自由研究で「ものが立体的な映像」に見える3Dの仕組みを知りたい、3Dの秘密を理解したうえで、自分でも3D画像が見える実験をしたいと思います。今はゲームでも3Dに見えるものもあったり、映画館でも3D映像で見ることがで […]

コインを選別する貯金箱の作り方|決まった穴に硬貨が落ちる

コインを選別するための貯金箱を手作りしたいと思います。選別する硬貨は1円・5円・10円・50円・100円・500円玉を紙の上を滑らせたり、スライドさせていくことで、決まった穴に落とすことでコインを選別する仕組みにしました […]

氷の自由研究!水が凍る瞬間は見れるの?過冷却現象を使って観察してみよう

食塩水や砂糖水の水溶液の濃度が違うと凍るまでの時間が違うのかという実験をしていたとき、凍っていない試験管を振って水に刺激・振動を与えたら一瞬で凍ってしまいました。 調べてみたら過冷却現象といい、液体が凍らないまま本来の凍 […]

牛乳パックで作る簡単貯金箱|入れた硬貨が消える?

牛乳パックを使った簡単な工作で貯金箱を作ってみました。以前、工作用紙を使って同じような貯金箱を作りましたが、小学生低学年の1・2年生でも作れるように牛乳パックで作ってみました。ただ、牛乳パックを切るのにカッターやハサミを […]

身近なもので指紋採取!調べ方・取り方・種類の研究などまとめ方

先日、ショッピングモールに行ったら体験コーナーがあり子供がしたいということでしたのが「指紋の取り方」でした。そのときはアルミニウムの粉を使って指紋採取を子供は体験していましたが、もらった資料の中に家にあるものでもできると […]

高校で選ばれる自由研究テーマ15選|科学・実験・数学など

高校になると自由研究の内容も、とても高度なものになってきます。特に科学・実験・化学・工作・社会・地理・生物・数学など様々な公式を使って、求めていくことができるため、研究の幅も広がり、行動範囲や準備できる器具なども中学生ま […]

牛乳パックで工作!30分でできる簡単なビックリ箱

自由研究テーマで牛乳パックを使ったビックリ箱の工作をしました。簡単に作ることができますので、小学1・2年生の低学年向けの内容です。高学年の小学生がビックリ箱を工作するなら、おすすめの方法がありますので紹介します。低学年の […]