キーコンセプト
食品科学
化学
凍結
物質の相
溶液
はじめに
皆さんは自家製アイスクリームを作ったことがありますか? とても楽しいですし、おいしいアイスクリームができますよね。 アイスクリームを作るには、実はたくさんの面白い化学が必要です。 例えば、冷蔵（あるいは常温）の材料を使い、それを冷やしてアイスクリームにすることを考えてみてください。 その際、材料はどのように変化するのでしょうか？ 一定の温度まで冷やすことがどれだけ重要なことか？ この科学活動では、自分でアイスクリームを作り（袋入り！）、材料を冷やしておいしいご褒美にする最適な方法を探ります！
背景
アイスクリームを作るには、材料（通常、牛乳（またはハーフ＆ハーフ）、砂糖、バニラエッセンス）を冷やすことが必要です。 そのために、塩を使うという方法があります。 寒冷地にお住まいの方は、冬になると雪や氷で滑りやすくなった道路に塩や砂を撒くトラックを見たことがあるのではないでしょうか。 なぜでしょうか？ 塩を撒くと、水が凍る温度が下がるので、通常の水の凝固点より低い温度でも氷が溶けるのです。
専門的には、塩が下げる温度を凝固点と呼びます。 水に塩を加えるなどして凝固点を下げることを凝固点降下といいます。 この活動で見るように、凝固点降下は水と塩からなる溶液に特有の現象ではなく、他の溶液でも起こります。 (塩などの物質が溶けて溶質となり、溶液がつくられます。
材料
- 計量スプーン
- 計量カップ
- 砂糖
- ハーフ＆ハーフ（牛乳や生クリームでも可）
- 水と塩を混ぜ合わせる。
- バニラエッセンス
- 塩（食卓塩や岩塩など、さまざまな種類の塩が使えるはずですが、若干異なる結果になることがあります）
- 砂糖
- ハーフ＆ハーフ（牛乳や生クリームを使ってもかまいません。)
- ピントサイズやサンドイッチサイズのジップロックのような小さな密閉できる袋2つ
- ガロンサイズの密閉できる袋2つ
- 氷8カップ
- オーブンミットや小さなタオル
- タイマーや時計
準備
- それぞれの小さな袋に、次のものを入れます。 砂糖大さじ1、ハーフ＆ハーフ（または牛乳かヘビーホイップクリーム）カップ1/2、バニラエッセンス小さじ1/4を入れる。 材料を入れたら袋を密閉する。
手順
- ガロンサイズの大きな袋の1つに、角氷を4カップ入れる。 そして、その袋に1/2カップの塩を加えます。 塩が何をすると思いますか？
- 用意した小さな袋の1つを、氷の入った大きな袋の中に入れます。
- オーブンミットをつけるか、小さなタオルで袋を包んで、5分間袋を揺する。 振っている間、2、3分おきに小さい方の袋を触って覗いてみてください。 時間が経つと、材料はどうなっているのでしょうか？ 5分が経過したとき、材料はどのように見えるでしょうか？ 氷はどうでしょう？時間の経過とともにどう変化し、最後にはどうなっているでしょうか？
- 次に、4 カップの角氷をもう 1 つの大きなガロンサイズの袋に加えますが、今度は塩を加えません。 塩を入れないとどうなると思いますか？
- 用意したもう一つの小さな袋をこの大きな袋の中に入れます。 両方の袋が密閉されていることを確認してください。
- オーブンミットをつけるか、小さなタオルで袋を包んで、先ほどと同じように5分間袋を振ってみてください。 ここでも、振っている間、2、3分おきに小さい方の袋を触って、覗いてみてください。 今度は時間の経過とともに成分がどうなるのか？ 5分経過したとき、前回と比べてどうなっているでしょうか？ 氷はどうでしょう。同じように変化しているでしょうか。
- 異なるアイス キューブ バッグの冷たさを感じるかどうかを比較することもできます。 一方は他方よりずっと冷たく感じますか？
- アイスクリームを作ることに成功したら、化学実験のおいしいご褒美として、それを楽しむことができます。
- 片方の袋の材料がアイスクリームにならなかった場合は、以下のおまけでアイスクリームにするヒントをご覧ください。 袋の1つがアイスクリームにならなかった場合、氷と塩が入った大きな袋の中に戻し、5分間振ってみてください。 アイスクリームになりましたか？ なぜそのような結果になったと思いますか？
- おまけ。 この活動では、ハーフ＆ハーフの代わりに、牛乳やヘビーホイップクリームを使ってアイスクリームを作ることができます。 ハーフ＆ハーフでアイスクリームを作るのは、牛乳やヘビーホイップクリームを使うのと比べてどうでしょうか？
- おまけ。 このアクティビティでは、異なる種類の塩を使ってアイスクリームを作ることができますが、異なる結果が得られるかもしれません。 食卓塩を使って袋に入れたアイスクリームは、岩塩や他の種類の塩を使って作ったアイスクリームと比べてどうでしょうか？ 結果を説明できますか？
観察と結果
大袋の中で角氷と塩と一緒に振った材料はアイスクリームになったのに対し、角氷だけ（塩なし）で振った材料は流動的で、アイスクリームに固まらなかったでしょうか？
塩なしの大袋の角氷に比べ、塩あり大袋の角氷はずっと溶け、ずっと冷たく感じられたはずです。 塩入りアイスキューブでは、氷点下数度という十分な冷たさのため、材料が冷えて固まり、アイスクリームになるはずですが、塩なしアイスキューブでは、材料が冷えず、流動的なままだったのです。 (
昔ながらの手回し式の機械でアイスクリームを作ったことがある人は、クリームを入れる容器の周りに氷と岩塩を混ぜたものを詰めたことがあると思います。 この氷と岩塩の組み合わせは、純粋な水の氷よりも冷たく、アイスクリーム製造機の中の材料（そしてこの活動で使った袋の中の材料）を凍らせて、アイスクリームにすることができます。 (これは、凍った道路に塩をまいて氷を溶かし、気温が低くても滑りにくくするのと同じ仕組みです)。
後片付け
出来上がったアイスクリームは、今すぐ食べてもいいですし、冷凍庫に保存しておいて後で食べることもできます。
「沸点上昇」と「凝固点降下」（アイオワ州立大学）
「袋に入ったアイスクリームを作る」（About.com Chemistry）
「あなたと家族のための楽しい科学活動」（Science Buddies）
アイスクリームづくりの化学。
この活動はScience Buddiesと共同で行っています
アイスクリーム作りの化学：水の凝固点を下げる（Science Buddiesより）
この活動は、Science Buddiesと共同で行っています。