暑い日に食べたくなる、冷たいアイスクリーム。
普通は冷凍庫で凍らせて作りますが、実は、
氷と塩を使えば、冷凍庫を使わずにアイスクリームを作ることもできます。
でも、ここで不思議なのが、
冷たくしたいのに、どうして氷に塩を入れるの？
ということ。
塩を入れると氷が温かくなりそうな気もしますよね。
実は、氷と塩を混ぜると、氷だけのときよりも低い温度を作ることができます。
今回は実際にアイスクリームを作りながら、
- 氷だけの温度
- 氷＋塩の温度
- アイス液が固まるまでの時間
- 混ぜる前と完成後の違い
を観察してみましょう。
- この自由研究は何日かかる？
- まず予想してみよう
- 用意するもの
- アイス液を作ろう
- 小さい袋にアイス液を入れる
- 大きい袋に氷と塩を入れる
- まず氷だけの温度を測ろう
- 温度計があると実験が一気にわかりやすくなる
- アイス液の袋を氷の中へ入れよう
- 振ってみよう
- 時間ごとの変化を記録しよう
- どんな変化を見る？
- なぜ塩を入れると氷がもっと冷たくなるの？
- 氷だけではダメなの？
- アイス液にも凝固点降下が起きている
- なぜ振るの？
- 振らなかったらどうなる？
- 追加実験① 氷だけと氷＋塩を比べる
- 追加実験② 塩の量を変えたら？
- 追加実験③ 砂糖の量を変えたアイス
- 追加実験④ 牛乳だけと生クリーム入りを比べる
- 追加実験⑤ 袋の大きさで変わる？
- 完成までの時間を測ろう
- 「アイスクリーム」になったかはどう判断する？
- 完成したアイスの温度も測ろう
- なぜ市販のアイスはなめらかなの？
- 「アイスクリーム」「アイスミルク」「ラクトアイス」は同じ？
- 後ろの「氷と塩」実験にもつながる
- 実験するときの注意
- 何年生におすすめ？
- 自由研究のまとめ方
- 写真・表・グラフを印刷してまとめよう
- まとめ｜アイス作りには「0℃より低い世界」が必要
- よくある質問
この自由研究は何日かかる？
- おすすめ学年：小学1～6年生
- 実験期間：1日
- 実験時間：30分～1時間程度
- 結果が出るまで：当日
- 材料のそろえやすさ：★★★★★
- 変化のわかりやすさ：★★★★★
材料も家庭でそろえやすく、完成したアイスが目に見えるので、低学年でも楽しみやすい自由研究です。
まず予想してみよう
実験を始める前に予想してみましょう。
- 氷だけでもアイスは作れる？
- 塩を入れると温度は上がる？下がる？
- 何分くらいでアイスになる？
- ずっと振らないと固まらない？
さらに、
「なぜそう思ったのか」
まで書いておくと、実験後の考察につながります。
用意するもの
- 牛乳
- 生クリーム
- 砂糖
- 氷
- 食塩
- 小さめの丈夫な密閉袋
- 大きめの丈夫な密閉袋
- デジタルキッチン温度計
- キッチンタイマー
- 計量カップ
- キッチンスケール
- タオルまたは厚手の手袋
- 記録用紙
- カメラやスマートフォン
袋は液漏れしない丈夫なものを使い、必要なら二重にすると安心です。
アイス液を作ろう
例えば、
- 牛乳100ml
- 生クリーム50ml
- 砂糖20g
などを混ぜてアイス液を作ります。
分量は好みや使用するレシピによって調整できます。
自由研究では、実際に使った分量を記録することが大切です。
小さい袋にアイス液を入れる
作ったアイス液を小さい密閉袋へ入れます。
空気をできるだけ抜き、しっかり閉じます。
液漏れすると外側の塩水が入ってしまうため、袋の口が閉じているか確認してください。
大きい袋に氷と塩を入れる
別の大きな袋に氷を入れ、そこへ塩を加えます。
例えば、
- 氷500g
- 塩150g程度
などから始められます。
氷と塩の量は使用する袋やレシピによって調整してください。
大切なのは、使った量を記録しておくことです。
まず氷だけの温度を測ろう
塩を入れる前に、氷の温度を測ります。
| 状態 | 温度 |
|---|---|
| 氷だけ | ℃ |
| 塩を入れた直後 | ℃ |
| 1分後 | ℃ |
| 3分後 | ℃ |
| 5分後 | ℃ |
塩を加えたあと、氷だけのときより低い温度になったか
を確認しましょう。
温度計があると実験が一気にわかりやすくなる
今回のポイントは、「冷たくなった気がする」ではなく、
実際に何℃になったのか
を数字で記録することです。
アイス液の袋を氷の中へ入れよう
氷と塩を入れた大きな袋の中へ、アイス液が入った小さな袋を入れます。
外側の氷がアイス液の袋全体へ触れるようにします。
そのまま大きな袋もしっかり閉じましょう。
振ってみよう
タオルなどで袋を包み、両手で振ります。
氷と塩の混合物は非常に冷たくなるため、素手で長時間直接触り続けないようにしてください。
タイマーをスタートして、
- 1分後
- 3分後
- 5分後
- 10分後
など、時間ごとのアイス液の状態を観察します。
時間ごとの変化を記録しよう
| 時間 | アイス液の状態 | 外側の温度 | 気づいたこと |
|---|---|---|---|
| 開始時 | |||
| 1分後 | |||
| 3分後 | |||
| 5分後 | |||
| 10分後 | |||
| 完成時 |
どんな変化を見る？
アイス液について、
- さらさら
- 少しとろみが出た
- シャーベット状
- やわらかいアイス状
- しっかり固まった
などを記録します。
写真を撮れる場合は、時間ごとに並べると変化がわかりやすくなります。
なぜ塩を入れると氷がもっと冷たくなるの？
普通の水は0℃付近で凍ります。
ところが、水に塩が溶けると、水が凍る温度が0℃より低くなります。
これを凝固点降下といいます。
塩を加えると、0℃付近でも氷が溶けやすくなります。
氷が溶けるためには周囲から熱を受け取る必要があります。
その結果、
氷と塩の混合物は、氷だけのときより低い温度になることがあります。
氷だけではダメなの？
氷だけでも0℃付近まで冷やすことはできます。
しかし、アイス液には、
- 砂糖
- 乳成分
などが含まれています。
そのため、水のように0℃になっただけですぐ全部凍るわけではありません。
より低い温度まで冷やすことで、アイス液の一部が凍り、アイスクリームらしい状態になっていきます。
アイス液にも凝固点降下が起きている
実は、アイス液に入っている砂糖も、水が凍る温度を下げます。
そのため、
砂糖入りのアイス液は、ただの水より凍りにくい
という特徴があります。
でも、この「凍りにくさ」は悪いことだけではありません。
もしアイスの水分がすべて大きな氷のかたまりになれば、カチカチで食べにくくなります。
砂糖は甘さだけでなく、アイスのやわらかさにも関係しています。
なぜ振るの？
外から冷やすだけでもアイス液は凍っていきます。
しかし、袋を振ることで液体が動き、
- 冷たい部分とまだ温かい部分が混ざる
- 氷の結晶が大きくなりすぎにくくなる
- 全体を均一に冷やしやすくなる
などの効果が期待できます。
冷やしながら混ぜることが、なめらかなアイス作りのポイントのひとつです。
振らなかったらどうなる？
ここから追加実験ができます。
- A：振り続ける
- B：ほとんど動かさない
の2種類を同時に冷やしてみましょう。
比べるポイントは、
- 固まるまでの時間
- 硬さ
- なめらかさ
- 氷の粒の大きさ
です。
追加実験① 氷だけと氷＋塩を比べる
同じアイス液を2つ用意して、
- 氷だけ
- 氷＋塩
で冷やします。
同じ時間振ったあと、
| 条件 | 最低温度 | アイスの状態 |
|---|---|---|
| 氷だけ | ||
| 氷＋塩 |
と比べれば、
「塩を入れる意味」
を実際のアイス作りで確かめられます。
追加実験② 塩の量を変えたら？
今度は、
- 塩少なめ
- 標準
- 塩多め
で最低温度を比較します。
塩を多くすればするほど、ずっと温度が下がるのでしょうか。
実際に温度計で測ってみましょう。
追加実験③ 砂糖の量を変えたアイス
アイス液の砂糖を、
- 少なめ
- 標準
- 多め
にします。
同じ条件で冷やし、
- 固まるまでの時間
- 硬さ
- なめらかさ
- 溶ける速さ
を比較してみましょう。
砂糖は甘さ以外にも役割がある？
という研究になります。
追加実験④ 牛乳だけと生クリーム入りを比べる
例えば、
- 牛乳＋砂糖
- 牛乳＋生クリーム＋砂糖
を同じ条件でアイスにします。
出来上がったものの、
- なめらかさ
- コク
- 硬さ
- 溶け方
を比べてみましょう。
乳脂肪がアイスの食感にどう関係しているのか考えられます。
追加実験⑤ 袋の大きさで変わる？
同じ量のアイス液でも、
- 薄く広がる袋
- 小さくまとまる袋
では、冷える速さが変わるでしょうか。
表面積と冷却速度の関係を考える実験になります。
完成までの時間を測ろう
タイマーがあると、
「何分何秒でアイス状になった？」
を記録できます。
「アイスクリーム」になったかはどう判断する？
家庭実験では、
- 液体ではなくなった
- スプーンですくえる
- 形を少し保てる
など、自分で完成の基準を決めておきます。
自由研究には、
「今回はスプーンですくって形を保てた状態を完成とした」
のように書くとわかりやすくなります。
完成したアイスの温度も測ろう
完成したアイスの温度を測り、
| 測定場所 | 温度 |
|---|---|
| 氷＋塩 | |
| 完成したアイス |
と比較してみましょう。
外側の氷とアイスそのものでは、同じ温度になるでしょうか。
なぜ市販のアイスはなめらかなの？
アイスクリームの食感には、
- 氷の結晶の大きさ
- 脂肪
- 糖分
- 空気
- 混ぜ方
- 冷やし方
などが関係しています。
市販品では専用の機械で冷やしながら混ぜ、氷の結晶を細かくしたり、空気を取り込んだりして、なめらかな食感にしています。
袋で作ったアイスと市販のアイスを食べ比べるのも、発展研究になります。
「アイスクリーム」「アイスミルク」「ラクトアイス」は同じ？
スーパーでアイスのパッケージを見ると、
- アイスクリーム
- アイスミルク
- ラクトアイス
などと書かれています。
これらは乳成分の割合などによって区分されています。
自分でアイスを作ったあとに、
「市販のアイスはどう分類されている？」
を調べる学習へつなげても面白いでしょう。
後ろの「氷と塩」実験にもつながる
今回のアイス作りから、
- 氷と水に塩を入れるとなぜもっと冷たくなる？
- アイスを作るときに塩を使うのはなぜ？
- 塩を入れた氷はなぜ早く溶ける？
- 塩は氷を冷たくする？それとも溶かす？
という実験へ発展できます。
つまりアイス作りは、
「お菓子作り」から「水が凍る温度の科学」へつながる入口
でもあります。
実験するときの注意
氷と塩を混ぜると、0℃よりかなり低い温度になる場合があります。
長時間直接触ると皮膚を傷めるおそれがあるため、タオルや厚手の手袋などを使ってください。
また、外側の塩水が内側のアイス液へ入らないよう、袋の破れや閉め忘れにも注意しましょう。
食べる場合は清潔な材料・器具を使い、完成したら早めに食べましょう。
何年生におすすめ？
小学1～2年生
大人と一緒に袋を振り、
「液体だったのにアイスになった！」
という変化を写真や絵でまとめましょう。
小学3～4年生
氷だけと氷＋塩の温度を比べ、アイスができるまでの時間を測ります。
小学5～6年生
凝固点降下について調べ、塩の量や砂糖の量など条件を変えた比較実験まで行うと本格的な研究になります。
自由研究のまとめ方
- 疑問：冷凍庫なしでアイスを作れる？
- 予想：塩を入れるとどうなるか考える
- 準備：アイス液と氷を用意する
- 測定：氷だけの温度を測る
- 実験：氷に塩を加えて温度を測る
- 冷却：アイス液を入れて振る
- 記録：時間ごとの状態を観察する
- 結果：完成までの時間と温度をまとめる
- 調査：凝固点降下について調べる
- 発展：塩や砂糖の量を変えて比較する
写真・表・グラフを印刷してまとめよう
今回の自由研究では、
- 材料
- 氷だけ
- 塩を加えたところ
- 温度測定
- アイス液の変化
- 完成したアイス
- 温度変化のグラフ
を組み合わせると、実験の流れが伝わりやすくなります。
写真や表を自宅で印刷する場合は、プリンターに対応する互換インクを比較してみるのもひとつの方法です。
▶ 自由研究の写真・グラフ印刷に使える互換インクをチェックする
まとめ｜アイス作りには「0℃より低い世界」が必要
氷に塩を加えると、水が凍る温度が下がり、氷だけのときよりも低い温度を作ることができます。
その低温を使ってアイス液を冷やすことで、
冷凍庫を使わなくてもアイスを作ることができます。
さらに、アイス液に含まれる砂糖も水が凍る温度を下げるため、アイスの硬さやなめらかさにも関係しています。
つまり、アイスクリームはただ「牛乳を凍らせたもの」ではありません。
温度・砂糖・脂肪・混ぜ方・氷の結晶
などが組み合わさって、あのなめらかな食感が作られています。
おいしいアイス作りの中にも、たくさんの科学が隠れています。
よくある質問
なぜ氷に塩を入れると冷たくなるの？
塩が水に溶けると、水が凍る温度が下がります。氷が溶けるときには周囲から熱を受け取るため、氷と塩の混合物が0℃より低い温度になることがあります。
氷だけでもアイスは作れますか？
条件によって多少冷やすことはできますが、砂糖などを含むアイス液を効率よく凍らせるには、氷だけより低い温度を作れる氷＋塩の方が実験しやすくなります。
塩を多く入れるほど冷たくなりますか？
単純に無限に下がるわけではありません。塩と氷の割合によって温度は変化するため、塩の量を変えて実際に測る自由研究もできます。
砂糖を減らせば早く凍りますか？
砂糖の量は凍りやすさに影響します。ただし砂糖は甘さだけでなく、アイスの硬さや食感にも関係するため、量を変えて比較してみると面白いでしょう。
1日でできますか？
はい。実験自体は30分～1時間程度で行えるため、写真やグラフをまとめればその日のうちに完成させやすいテーマです。
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