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白い煙を出したりと、面白い性質をもっていることから、自由研究の素材としてよく使われる「ドライアイス」。そこで今回は、中学生の自由研究としても使える、ドライアイスを使った実験をご紹介します。
ドライアイスとは、二酸化炭素(炭酸ガス)を固体状態にしたもの。空気を冷やす働きがあるため、みなさんご存知のように、保冷剤としてケーキを買った時などにお店で入れてくれます。
主な特徴は以下の3つが挙げられます。


①温度はなんと-78.5℃。
②溶けると氷のように液体(水)に変化するのではなく、気体(二酸化炭素)に変化する。
③気体になると750倍の体積に膨らむ。

②の特徴である、溶けると気体に変化するこの現象を「昇華(しょうか)」といいます。
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ドライアイスを使った自由研究は?

中学の理科の学習では、物質が温度によって気体⇔液体⇔固体と状態が変化する「状態変化」や酸素・水素・二酸化炭素の気体の性質を学びます。自由研究では、このような学校で学習したことを踏まえながら取組んでみると学びの定着につながるでしょう。

ドライアイスの正体を確かめる実験

ドライアイスが二酸化炭素を固体化したものだということは知識として知っていますが、本当にそうなのか?学校で学んだ二酸化炭素の特徴を使って、ドライアイスの正体を確かめてみようという実験です。
  • ろうそく実験
    空気しか入っていない空のコップとドライアイス入りのコップを用意し、それぞれのコップの中にろうそくの火を入れます。すると、ドライアイス入りのコップに入れたろうそくの火だけが消えます。このことから、ドライアイスが、空気より重い気体で、物を燃やす働きのある酸素ではない気体であることがわかります。
  • 石灰水実験

    ドライアイスを細かくしてビニール袋に入れます。ドライアイスは気体に変化すると体積が750倍に膨らむ性質があるので、ビニール袋もどんどん膨らんでいきます。ビニール袋の中の気体を石灰水に吹き込み、石灰水が白濁することを確認します。石灰水が白濁したことからドライアイスの正体が二酸化炭素であることがわかります。

    二酸化炭素かどうかを調べるには石灰水実験だけで十分ですが、これだけでは簡単すぎるので、いくつか実験を行ってその結果をまとめるのが良いでしょう。

ドライアイスの白煙を調べる実験

ドライアイスから出るあの白い煙の正体が何なのかを調べる実験です。二酸化炭素を固体化したものなんだから、二酸化炭素でしょ!と思いがちですが、二酸化炭素は無色であるため目には見えません。
実験では、お湯・油・シャボン液を入れた3種類のビーカーを用意します。その中に、1かけのドライアイスを投入。お湯のビーカーからは白い煙が発生し、油からは白い煙は発生せず、シャボン液からは泡がたくさん発生し、その泡をどけると白い煙が発生します。
水分を含まない油のみ発生しなかったことから、その正体は水であることがわかります。コップのお湯が-78.5℃という低温のドライアイスで一気に冷やされ、氷や水の粒ができ、それが白い煙のようにみえます。これは、空に浮かぶ雲と同じつくりといえます。
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ドライアイスの購入方法

ドライアイスはとても特殊なものなので、どこにでも売っているわけではありません。「日本液炭」の全国各地のドライアイス販売店、株式会社大陸のネットショップやAmazonなどで購入できます。しかし、3kg(約2,000円)~と量が多いので兄弟で使ったり、友達とわけあったりして使うのも良いでしょう。
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小学生の実験から一歩進もう

実験の内容は簡単でも、実験の目的を提示し、仮説を立て、実験手順や実験結果をしっかりとまとめれば、中学生らしい自由研究にすることができるので、ぜひ、オリジナルの工夫を加えて挑戦してみてくださいね。
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