夏シーズン到来で、ドライアイスを見たり使ったりする機会が増えてきます。
ドライアイスは一般的に冷凍食品やアイスクリームなどを溶かさないための保冷剤の役割が多いですが、身近に手に入るのと、水をかけたら白い煙がもくもく発生するなど、化学実験の定番ともいえるため、夏休みの子供の自由研究のテーマとしても最適だと思います。
もちろん、子供の自由研究だけでなく、大人が子供向け化学実験のイベントネタや白い煙いを用いたイベントの登場シーンの一部にも使うことも出来ます。
この記事では、ドライアイスを使った簡単な化学実験のいくつかをご紹介したいと思います。
ドライアイスの化学的知識をきちんと知りましょう
ドライアイスは化学実験で使うのに、大変盛り上がりますが、一方でドライアイスについての化学的知識をきちんと知っておかなければ、火傷や重症に繋がる可能性もある事をきちんと認識してください。
まずは、ドライアイスを使った実験に取り組む前に、取り扱いに関する以下の記事を読んでいただきたいと思います。
ドライアイスを使った実験をご紹介
ここからは、簡単な実験を3つご紹介します。まずは、各自由研究テーマと実験のやり方について説明をして、各テーマごとに解説(解答・ヒント)を載せています。
解説は読まずに、手順から自分のやり方を応用するのも良いですし、解説をみて、新しい研究テーマを見つけるのも良いです。
研究テーマは随時更新していきますので、よろしくお願いします。
美味しい自由研究でシャーベットを作ろう
手順
①お好みのジュースを用意して、コップに3分の1くらいまで入れます。
ただし、コーラやサイダー系の炭酸飲料はNGです。
②塊のドライアイスに布をかけ、金づちなどで細かく砕きます。目安としては、粒が残ると口にした時に凍傷をおこす可能性があるため、粉末状になるまで砕きます。
③用意したジュースに粉末状にしたドライアイスをスプーンで2～3杯入れて、しっかりとかき混ぜます。
コップの場合も考えられますが、例えば大量のシャーベットを作りたいと思い、厚手のビニール袋にジュースを流し込んで、ビニール袋を縛ろうとすると、袋がすぐにパンパンになるため、ガス抜きをしながら閉じて、しっかり混ぜ合わせると、1分たらずでシャーベットが完成します。
④ドライアイス周辺の煙が消えたら完成です。
解説
ドライアイスは通常-79℃で存在しています。そのため、シャーベットにしたい飲料にドライアイスを入れると、家庭用冷凍庫(せいぜい-20℃まで)より短時間に簡単に凍らせる事が出来ます。
ドライアイスは二酸化炭素を固体にしたものであり、ドライアイスを使い始めると周りの温度が上がり、ドライアイスは気体として二酸化炭素が抜け出します。
つまり、飲料中にドライアイスを入れると二酸化炭素が放出され体積が増えてしまいます。そのため、飲料にドライアイスの粉末状を加える時は様子を見て、爆発しそうな時はガス抜きをしながら作業に取り掛かると良いです。
炭酸飲料がNGな理由は、炭酸飲料そのものが、高圧条件下で二酸化炭素を含んだ液体であるため、その中にドライアイスを入れると、体積が物凄い勢いで増えるため、吹き出したり、爆発が起きてしまいます。
ドライアイスに火を近づけると火はどうなる？
手順
①ステンレスのボウルに、少し砕いたドライアイスを入れます。
②ドライアイスに水をゆっくりかけて、白い煙を出します。
③白い煙の中で着火マンもしくはライターで火をつけドライアイスに近づけます。
④今度は、着火マンもしくはライターでドライアイスそのものに火を近づけます。
解説
この実験は、手順だけをみれば物凄く簡単ですが、ドライアイスの性質をしっかりと理解し、そこから応用させなければ本当の意味での回答とは言えないです。
小学生の方、もしくは昔小学生の時に、ろうそくに火をつけて、空気を遮断させると火が消える実験をしたかと思います。
これは、空気を遮断させることにより、燃焼を助ける酸素が無くなるため火が消えますが、ドライアイスももともと二酸化炭素であるため、ドライアイス周辺は酸素が非常に薄くなっている状態です。
そのため、ドライアイスを近づけると火が消えます。
しかし、例外としてドライアイスを近づけても火が消えない時もあります。それは、ドライアイスの上側に火を炙った時です。
これは、二酸化炭素の性質で、空気より重たいため、ドライアイスの上側を炙ろうとすると、火は消えません。
ドライアイスで鉄砲を作ってみよう
手順
①小さく砕いたドライアイスをフィルムケースに入れて、フタをします。
②フタを手のひらであたためてやると、３０秒ほどでフタがすごい勢いでとびだします。
解説
このテーマはどちらかと言いますと、工作に近い部分もありますが、原理はしっかりとあるのでお話したいと思います。
ドライアイスはとけると固体から気体になり、かさ（体積）が増えます。
閉じた容器に入れると中の圧力があがり、フタが飛び出ます。
最後に
ドライアイスの実験、演習は楽しいことが盛りだくさんである一方、大やけどを負う可能性があるので、きちんとした取り扱いをした上で、使用するようによろしくお願いします。
