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【ペットボトルと水だけでOK】水が一瞬で氷に変わる!クリスマス気分を盛り上げる不思議なおうち実験

【ペットボトルと水だけでOK】水が一瞬で氷に変わる!クリスマス気分を盛り上げる不思議なおうち実験
【過冷却の実験】0℃を下回っても凍らない「過冷却水」を使って、一瞬で水が凍る、不思議なおうち実験をしてみましょう。簡単にできて子どもとSTEAMの学びも楽しめます。
目次

2児の子育て中で薬学部大学院卒のママ、みぃさんに幼児でも楽しめるおうち実験を紹介しもらう人気連載。

今回もおやこでビックリ!クリスマスムードたっぷりの不思議な実験あそびに挑戦しましょう。

***

もうすぐ12月。
クリスマスツリーを飾ったり、サンタさんへのプレゼントをお願いしたり、おうちの中がどんどんクリスマスモードになっているのではないでしょうか。

今回挑戦するのは、科学の力を使った一風変わったクリスマスツリーです。

ペットボトルに水を入れて冷凍室へ

水で作るツリーなので特別な材料は必要ありません。水を4時間ほど凍らせる必要があるので、あらかじめ準備しておきましょう。

用意するもの

  • 空のペットボトル…1本
  • 水(できればミネラルウォーターや浄水※)…ペットボトル1本分
  • タオル(ペットボトルをくるむために使う)…1枚
  • 氷(製氷器で作ったもの)…適量
  • トレイなど受け皿になるもの
  • 緑の絵の具か食紅
  • スポイト
  • ※水道水でも実験できますが、不純物が多いため、精製水や浄水、市販のミネラルウォーターを使用すると成功しやすくなるのでおすすめです。

    実験の下準備

    ペットボトルに水を入れ、タオルにくるんで冷凍室で4時間くらい冷やしておきます。

    実験の手順

    1.受け皿に氷を置きます。
    ツリーの土台になるので、固めて置きましょう。

    2.冷凍室からペットボトルをそっと取り出し、氷の上に水を注ぎます。

    あ、水が凍りました…!
    ペットボトルの水は凍っていなかったのに、なんと氷に当たった瞬間に凍っていきます。

    ポイントは冷凍室からペットボトルをそっと取り出すこと。注ぐ前に衝撃を与えるとペットボトル内で凍ってしまうため、注意してください。

    写真は凍る様子がわかりやすいように1個の氷に少量の水をかけていますが、水の量が多ければ、氷が高く積みあがります。ツリーのような山形にしていきましょう。

    3.緑色に色付けしたらツリーの完成!

    山になった氷に絵の具や食紅で緑の色水を作り、スポイトなどで色を付けていきます。

    凍った氷がグリーンになると、一気にクリスマスっぽく☆
    まわりにできた氷も集めて、三角に成形して再度冷凍室に入れると、きれいなツリーにすることができます。

    また、色水も冷凍して冷やしておくと、氷が解けずに作業ができます。

    ペットボトルの水を注ぐと一瞬で凍るのはどうして?

    今回の実験のようなことがどうして起こるかというと…『過冷却(かれいきゃく)』という現象が関係しています。

    通常、水は0℃で氷へ状態変化します。水の状態では水分子が自由に動き回っていますが、氷の状態では綺麗に整列しています。

    でも、水をゆっくり冷やしていくと、0℃を下回っても分子が整列せず、液体のままでいられます。

    その液体の状態に衝撃が加わると、一気に水分子が整列して、氷に変化するのです。

    今回はペットボトルをタオルでくるんでゆっくり冷やすことで、0℃~-6℃の間の「過冷却」状態を作りました。

    この水を氷の上に注いで衝撃を与えることで一気に氷に変化した、というわけです。

    子ども解説

    水は0℃より冷たくなると「氷」に変化するんだよ。
    水の状態だと、水の粒が自由に動けるんだけど、氷になると、きちんと並んで動かなくなるの。

    でも、水をゆっくり冷やしていくと、0℃を過ぎても氷にならず、お水のままでいられるんだ。その水に、衝撃を与えると、水がびっくりして、『あ!並ばないと!』となって、一瞬で氷に変化するんだよ。

    ***

    不思議なお水を使って、一瞬で氷をつくるおもしろい実験をご紹介しました。

    水が凍る現象を観察するだけでも、子どもたちは興味津々で楽しめますが、氷に高さを出してクリスマスツリーを作るという目的にすれば、
    『どうしたらもっと高いツリーが作れるだろう?』
    『もっと太いツリーをつくるにはどうすればいいだろう?』
    など、いろいろな工夫ができそうです。

    ご家族で試行錯誤しながら、氷のツリー作りを楽しんでいただけるとうれしいです。

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執筆者

幼児向け実験教室主宰 みぃ

2歳と0歳の姉妹を子育て中の薬学部大学院卒のママ。
「何気ない日常を、ワクワクドキドキな科学の世界へ」と幼児向けの親子実験教室をオンラインやリアル教室で開講中。日常の科学を遊びへ転換させ、2歳からでも簡単に取り入れられるSTEAM教育遊びをInstagramで配信している。
ホームページ:みぃの親子実験教室
インスタグラム:@miii_edu

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