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る温度よりも低い温度まで冷やされた状態のことをいい、液体に刺激を与えると一瞬で凍ってしまうことが分かりました。

氷の実験をしていたら、たまたま、この過冷却現象を体験したので自分で再現してみたいと思います。

自分で過冷却現象を作って、水が凍る瞬間を観察してみようと思います。

[ad上]

水が凍る瞬間を見る実験の基礎データ

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

氷は、冷凍庫の製氷機などに入れておくと翌日には氷になっているというように水が凍る瞬間を見ることは少ないですよね。

水が凍る瞬間を見ることができる実験なので子供も興味を持ち、楽しく実験することができます。

[ad中]

用意する道具

【水道水を使った実験に必要な道具】

材料 分量・
個数
プラスチック製
コップ		 1個
試験管 1本
かき氷機
または
アイスピック		 1つ
氷 150g
塩 20g

実験を行なうときは、水道水を使って行ないますが、あとでも紹介しますが今回は水では実験が上手く行かなかったので食塩水を使って実験を行ないました。

【食塩水を使った実験に必要な道具】

材料 分量・
個数
プラスチック製
コップ		 1個
塩 10g
計量器 1個
スプーン 1本

水道水を使った実験で上手く行かなかったときに、食塩水を使って実験したので、追加で使用したものをリストにしました。

まずは、水道水を使って水が凍る瞬間を見ることができる確認し、できないときは食塩水を使って実験をするといいです。

水が凍る瞬間を見る実験

氷を粉砕する

かき氷機やアイスピックを使って氷を細かくします。

家にかき氷機があったので、今回はかき氷機を使って氷を細かく砕きます。

砕いた氷です。

ここまで細かくしなくても大丈夫だと思いますが、氷を小さな粒にすることで、試験管の周りを氷が覆うことができます。

コップに粉砕した氷を入れる

粉砕して細かくした氷をプラスチック製コップの7割程度まで入れます。

食塩を入れて混ぜる

細かくした氷を入れたコップの中に大さじ１の塩を入れます。

スプーンやお箸を使って氷と塩を混ぜます。

これで試験管を冷やすための寒剤ができました。

今回は、水を入れる必要はありません。

試験管に水を入れる

4ccの水を試験管に入れます。

コップに試験管を入れる

塩と氷が入っているプラスチック製コップに水を入れた試験管を入れて、3分から5分ほど経ったら試験管を抜きます。

試験管を氷から取り出すときに刺激を与えると凍ってしまうのでゆっくりと抜きましょう。

水で過冷却状態を作ろうとしたけど失敗

水を過冷却状態にするために、氷の中に4分入れて取り出しましたが凍っていました。

別のコップに水道水を入れて試験管の氷を溶かします。

次は時間を変えて試験管を取り出しました。

3分：凍ってしまった
2分30秒：過冷却状態にならなかった
2分：過冷却状態にならなかった

水で過冷却現象を再現しようとしましたが、今回の実験では失敗しました。

そこで、次は食塩を水に混ぜた食塩水を使って過冷却現象を起こそうと思います。

食塩水で水が凍るところを見る実験

濃度10%の食塩水を作る

コップに食塩10gを入れて、水道水100ccを入れた食塩水を作ります。

食塩水を試験管に2cc入れる

計量器にコップを置いて2cc（2g）の食塩水を入れて、それを試験管に移します。

氷の中に食塩水が入った試験管を入れる

氷と塩が入っているコップに食塩水を入れた試験管を入れて、3分30秒から4分の間に試験管を取り出します。

取り出した試験管を振ると凍る（動画）

3分30秒ほどで取り出した試験管は、中に入っている食塩水は凍っていない状態でした。

試験管を振って刺激を与えると一瞬で凍りました。

何度か実験を繰り返しましたが、水道水よりも食塩水で実験したほうが上手くいくようです。

食塩を混ぜた氷の氷水（寒剤）の温度をはかったら-12℃でした。

0℃以下でも凍らないのはなぜ？

水が凍る温度を凝固点といいますが、凍る温度以下になっても凍らないことがあります。

それは、ゆっくりと静かに冷やすことで凍る温度になっても凍らずにさらに低い温度になります。

この状態のことを過冷却といいます。

過冷却状態の水に刺激を与えることで、それを核として氷が結晶となり、凍っていきます。

今回の実験でもわかったように、過冷却をコントロールすることはできませんが、上手に過冷却状態を作り出すことで水が凍る瞬間を見ることができます。

[ad下]

まとめ

水道水で過冷却状態を作り出そうと思って冷やす時間を変えながら、繰り返し実験を行ないましたが水道水で過冷却状態を作り出すことができませんでした。

そこで、濃度10%の食塩水を使って過冷却状態を作り、水が凍る瞬間を見ることができました。

私の場合、かなり高い確率で過冷却状態を作り出すことが出来ましたので、水道水で作れないときには食塩水で試してみるといいかも知れません。

[PR1]

関連記事