試してフシギ

氷と気泡透明な氷をつくろう!(No.48)

透明な氷をつくろう! 透明な氷をつくろう!

実験監修:名古屋市科学館学芸員 佐伯平二 
※監修者の役職は掲載当時のものです。
企画制作: 日本ガイシ株式会社

どうしてなのかな?

冬、池や湖にできる氷はガラスのように透明です。でも、家庭の冷凍庫でつくる氷は白くにごっています。なぜでしょう?水の中には空気がとけ込んでいます。凍りはじめると、空気はまだ凍っていない水の中に追い出されます。水にとけ込める空気の量には限りがあるので、限界を超えた空気が目に見える気泡となって現れてくるのです。
家庭の冷凍庫では、水は周辺から中心に向かって凍るため、気泡は氷の内側に閉じこめられます。この気泡に光が当たると、あらゆる方向に光が反射する現象(乱反射)が起こり、氷が白くにごって見えるのです。また、氷の中心部の体積膨張によって亀裂ができ、そこへ空気が入っていっそう白くにごって見えるのです

そうかなるほど!

池や湖は周囲を土で囲まれているので、底の方は外気温の影響を受けにくくなっています。外気にふれている表面からゆっくりと凍るため、水の中に含まれている空気は下へ下へと追いやられ、表面近くでは、気泡を含まない透明な氷ができるのです。
このことを利用して、家庭の冷蔵庫で透明な氷をつくる実験をしてみましょう。完全に透明な氷はできませんが、周囲を断熱して表面からゆっくり凍らせ、膨張の逃げ道をつくることで、気泡が下の方へ集まる様子がよくわかります。

・紙コップ5個
・エアシート
・粘着テープ
・カッターナイフ
・安全ピン
・輪ゴム数本

  • 1

    紙コップ2個の底に安全ピンで小さな穴をあけます。

  • 2

    穴を開けていない紙コップを一番外側にして3個の紙コップを重ねます。

  • 3

    3個重ねた紙コップの底と周囲をにエアシートを巻いて断熱し、粘着テープと輪ゴムでとめます。

  • 4

    別の紙コップ1個を〈3〉のようにエアシートで断熱します。

  • 1

    工作した《容器B・C》と断熱していない紙コップ《容器A》に水道水を注ぎます。

  • 2

    冷凍庫の冷気コントロールを<弱>に設定し、3つの容器を冷凍庫に入れます。

  • 3

    一昼夜かけて凍らせたら、エアシートを取り外し、カッターナイフで容器を切って氷を取り出します。

    ※容器を軽く水洗いすると、取り出しやすくなります。

実験の結果

断熱しなかった場合
気泡が中央部の上下に広がり、体積の膨張による亀裂もあって全体に白くにごっています。

断熱した場合
気泡が下の方に押しやられていますが、体積の膨張で亀裂が入っています。

3個重ねて断熱した場合
さらに透明な部分がふえて亀裂もありません。断熱した上で、気泡と体積の膨張をさらに下へ逃がす空間をつくったためです。

NGKサイエンスサイトで紹介する実験は、あくまでも家庭で手軽にできる科学実験を目的としたものです。工作の完成品は市販品と同等ではなく、代用品にもならないことを理解したうえで、個人の責任において実験を行ってください。

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