手作りアイスの作り方を見ると、
「氷に塩を入れる」
と書いてあることがあります。
でも、ちょっと不思議です。
アイスを冷やしたいなら、氷だけでも十分冷たそうですよね。
それなのに、どうしてわざわざ塩を入れるのでしょうか？
今回は、
- 氷だけ
- 氷＋塩
の温度を実際に測って、
アイス作りに塩が使われる理由
を調べてみましょう。
- 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
- 実験方法
- 温度を表にしよう
- 温度計が今回の主役
- 時間をそろえるならタイマーも便利
- なぜ塩を入れると0℃より低くなるの？
- 氷が溶けるときに熱が必要
- じゃあ氷だけではダメなの？
- だから「氷＋塩」が必要になる
- アイス液の砂糖も「凍りにくさ」に関係する
- 実際にアイスを使って比較してみよう
- アイス液の固まり方を5段階で評価しよう
- No.74のアイス作り実験とセットにできる
- No.80ともつながる
- 追加実験① 塩の量を変える
- 追加実験② 塩の量でアイス完成時間は変わる？
- 塩を増やせば増やすほどいい？
- 追加実験③ 砂糖ではアイスを冷やせる？
- 追加実験④ 細かい氷の方が早い？
- 追加実験⑤ 振る・振らないで比べる
- なぜ昔でもアイスが作れたの？
- 道路に塩をまくのと逆じゃない？
- 「冷やす」と「凍らせる」は同じではない
- グラフにしてみよう
- 安全に実験しよう
- 写真はどこを撮る？
- 何年生におすすめ？
- 自由研究のまとめ方
- 写真・グラフを印刷してまとめよう
- まとめ｜塩はアイスを「もっと低い温度で冷やす」ために使う
- 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2～6年生
- 実験期間：1日
- 実験時間：20～40分程度
- 結果が出るまで：当日
- 材料のそろえやすさ：★★★★★
氷・塩・温度計があればできるため、短時間で取り組みやすい自由研究です。
まず予想してみよう
どちらの方が低い温度になると思いますか？
| 条件 | 予想 | 理由 |
|---|---|---|
| 氷だけ | ||
| 氷＋塩 |
さらに、
「氷だけでもアイスは固まると思う？」
も予想してみましょう。
用意するもの
- 氷
- 食塩
- 同じ大きさの容器2個
- デジタルキッチン温度計
- キッチンタイマー
- キッチンスケール
- スプーン
- タオル
- 記録用紙
実験方法
- 同じ容器を2つ用意します。
- それぞれに同じ重さの氷を入れます。
- 最初の温度を測ります。
- Aは氷だけにします。
- Bには決めた量の塩を加えます。
- 同じ回数だけ混ぜます。
- タイマーをスタートします。
- 30秒後、1分後、3分後、5分後などに温度を測ります。
- 最低温度を記録します。
温度を表にしよう
| 時間 | 氷だけ | 氷＋塩 |
|---|---|---|
| 開始時 | ℃ | ℃ |
| 30秒後 | ℃ | ℃ |
| 1分後 | ℃ | ℃ |
| 3分後 | ℃ | ℃ |
| 5分後 | ℃ | ℃ |
温度計が今回の主役
この実験では、
「塩を入れた方が冷たい気がした」
だけではなく、何℃まで下がったのかを数字で比べるのがポイントです。
時間をそろえるならタイマーも便利
氷だけと塩入りを公平に比べるには、同じ時間に温度を測る必要があります。
なぜ塩を入れると0℃より低くなるの？
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。
この現象を凝固点降下といいます。
塩があることで、0℃付近でも氷が溶けやすくなります。
氷が溶けるときに熱が必要
氷が液体の水へ変わるためには、周囲から熱を受け取る必要があります。
その熱が氷や周囲の液体から使われるため、
氷と塩の混合物の温度がさらに下がります。
つまり、塩そのものが冷たいわけではありません。
じゃあ氷だけではダメなの？
氷だけの場合、温度は0℃付近になりやすくなります。
しかしアイスの材料には、
- 砂糖
- 牛乳
- 生クリーム
などが含まれています。
砂糖などが溶けている液体は、純粋な水より凍る温度が低くなります。
そのため、
0℃程度ではアイス液を十分に凍らせにくい
ことがあります。
だから「氷＋塩」が必要になる
氷に塩を加えると、0℃より低い冷却環境を作ることができます。
その低い温度を利用して、
砂糖や乳成分を含むアイス液を凍らせていく
のです。
つまり塩は、アイスに味をつけるためではなく、
外側の氷をもっと低温の冷却装置に変えるため
に使われています。
アイス液の砂糖も「凍りにくさ」に関係する
砂糖も水に溶けると凝固点を下げます。
そのため砂糖入りのアイス液は、水だけより凍りにくくなります。
でも、この性質があることでカチカチの氷の塊になりにくく、アイスらしい食感にもつながります。
実際にアイスを使って比較してみよう
さらに発展させるなら、同じアイス液を2つ用意して、
- A：氷だけで冷やす
- B：氷＋塩で冷やす
を比較します。
| 項目 | 氷だけ | 氷＋塩 |
|---|---|---|
| 外側の最低温度 | ||
| 5分後のアイス液 | ||
| 10分後のアイス液 | ||
| 完成した？ |
アイス液の固まり方を5段階で評価しよう
- 1：さらさらの液体
- 2：少しとろみが出た
- 3：シャーベット状
- 4：やわらかいアイス状
- 5：しっかりアイス状
氷だけと氷＋塩で、同じ時間後の状態を比べてみましょう。
No.74のアイス作り実験とセットにできる
実際にアイスを作る方法は、
「アイスクリームを作ってみよう！」
の記事で詳しく紹介しています。
No.74が「作ってみる」実験なら、今回のNo.81は、
「なぜ塩を使う必要があるのかを証明する」
実験です。
No.80ともつながる
ひとつ前の記事では、
「氷と水に塩を入れるとなぜもっと冷たくなる？」
を詳しく調べました。
そこでは凝固点降下そのものを観察し、今回はその仕組みが、
実際のアイス作りで何の役に立つのか
を考えます。
追加実験① 塩の量を変える
氷の量を同じにして、
- 塩なし
- 塩10g
- 塩30g
- 塩50g
などを比較します。
最低温度を測ってみましょう。
| 塩の量 | 最低温度 |
|---|---|
| 0g | |
| 10g | |
| 30g | |
| 50g |
追加実験② 塩の量でアイス完成時間は変わる？
同じアイス液を使って、
- 塩少なめ
- 塩多め
で完成までの時間を比較してみます。
外側の最低温度とアイスが固まる速さに関係はあるでしょうか。
塩を増やせば増やすほどいい？
塩を増やせば無限に温度が下がるわけではありません。
塩が水に溶けられる量にも限界があり、氷と塩の割合によって変化します。
そのため、
「たくさん入れれば入れるほどアイスが早くできる」
とは限りません。
追加実験③ 砂糖ではアイスを冷やせる？
塩の代わりに砂糖を氷へ加えて比較する方法もあります。
砂糖でも凝固点降下は起こりますが、同じ重さの塩と同じ結果になるとは限りません。
すでに、
「砂糖でも氷水は冷たくなる？塩と比較してみよう」
という自由研究にもつなげられます。
追加実験④ 細かい氷の方が早い？
同じ重さの、
- 大きな氷
- 砕いた細かい氷
に同じ量の塩を加えてみます。
細かい氷は塩と触れる面積が大きくなります。
温度の下がり方やアイスが固まる時間に違いが出るでしょうか。
追加実験⑤ 振る・振らないで比べる
同じ冷却条件でも、
- よく振る
- あまり動かさない
でアイスの状態を比較できます。
冷やしながら混ぜることで、全体が均一に冷えやすくなり、氷の結晶の大きさにも違いが出る可能性があります。
なぜ昔でもアイスが作れたの？
家庭用冷凍庫が普及する前でも、氷に塩などを加えて低温を作る方法が利用されてきました。
つまり、
電気で冷やす機械がなくても、物質の性質を利用すれば0℃より低い環境を作れる
ということです。
道路に塩をまくのと逆じゃない？
冬の道路では、氷や雪を溶かしたり凍結しにくくしたりするために塩化物系の凍結防止剤が使われます。
一方、アイス作りでは塩を使って「もっと冷たい環境」を作ります。
一見逆のようですが、どちらも、
水が凍る温度を下げる
という同じ性質を利用しています。
「冷やす」と「凍らせる」は同じではない
ここも大切です。
液体を0℃近くまで冷やしたからといって、必ず凍るとは限りません。
中に何が溶けているかによって、凍り始める温度が違うからです。
アイス液には砂糖などが入っているため、
水より低い温度まで冷やす必要がある
のです。
グラフにしてみよう
温度比較なら、
- 横軸：時間
- 縦軸：温度
にして、
- 氷だけ
- 氷＋塩
の2本を描きます。
アイスまで比較した場合は、
- 横軸：時間
- 縦軸：アイスの固まり度
でもOKです。
安全に実験しよう
氷と塩を混ぜたものは、0℃よりかなり低い温度になることがあります。
長時間素手で触ると皮膚を傷めるおそれがあります。
- タオルや厚手の手袋を使う
- 素手で握り続けない
- 実験後の塩水は飲まない
- アイスを食べる場合は塩水が中へ入らないようにする
ことに注意しましょう。
写真はどこを撮る？
- 氷と塩
- 氷だけの温度
- 塩を入れた直後
- 最低温度
- 氷だけと塩入りを並べた写真
- アイス液の開始時
- 5分後
- 10分後
- 完成後
何年生におすすめ？
小学1～2年生
大人と一緒に、氷だけと氷＋塩の温度を比べてみましょう。
「塩を入れた方が温度計の数字が低くなった」とまとめるだけでも十分です。
小学3～4年生
時間ごとの温度を測り、折れ線グラフにします。
小学5～6年生
凝固点降下について調べ、アイス液の砂糖による凝固点降下まで組み合わせて考察すると本格的です。
自由研究のまとめ方
- 疑問：なぜアイス作りでは氷に塩を入れる？
- 予想：氷だけと塩入りの温度を予想する
- 準備：同じ重さの氷を用意する
- 実験：一方だけに塩を加える
- 測定：時間ごとの温度を記録する
- 比較：最低温度を見る
- 発展：アイス液を実際に冷やして比べる
- 調査：凝固点降下について調べる
- 考察：なぜ0℃より低い温度が必要だったか考える
写真・グラフを印刷してまとめよう
今回の自由研究では、温度計の数字を写真に残しておくと結果がとても伝わりやすくなります。
氷だけ・氷＋塩の写真、温度表、折れ線グラフを組み合わせましょう。
写真やグラフ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｜塩はアイスを「もっと低い温度で冷やす」ために使う
氷だけでは、温度は0℃付近になりやすくなります。
しかし水に塩が溶けると、水が凍る温度が下がります。
さらに氷が溶けるときには周囲から熱を受け取るため、
氷と塩の混合物は0℃より低い温度になることがあります。
一方、アイス液には砂糖や乳成分が含まれているため、ただの水より凍りにくくなっています。
だからこそ、
氷＋塩で0℃より低い冷却環境を作る
ことがアイス作りに役立ちます。
塩はアイスの材料として入れるのではなく、
外側で働く「冷却のための科学アイテム」
だったのです。
よくある質問
アイスを作るとき、なぜ氷だけではなく塩を入れるの？
塩を入れることで水の凍る温度が下がり、氷だけより低い温度を作れるためです。
塩はアイスの中に入れるの？
この実験ではアイス液そのものではなく、外側の氷へ塩を加えます。塩水がアイス液へ入らないよう注意してください。
砂糖が入ったアイスはなぜ凍りにくいの？
砂糖が水に溶けると水の凝固点が下がるため、純粋な水より低い温度まで冷やさないと凍りにくくなります。
塩をたくさん入れればすぐアイスになる？
必ずしもそうではありません。氷と塩の割合やアイス液の量、混ぜ方などによって結果は変わります。
1日でできますか？
はい。温度比較だけなら20～40分程度ででき、アイス作りまで行ってもその日のうちにまとめやすいテーマです。
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