アイスクリーム科学プロジェクト

楽しい科学実験よりも優れているものは何ですか？アイスと混ぜたもの！アイスクリームは美味しいですが、科学を学ぶ可能性もあることをご存知ですか？過冷却から化学まで、その円錐の上にたくさんの科学があります。

ルートビアフロートバブル

科学の名の下にルートビアを浮かせるのに良い言い訳はありません。その泡立つ良さのカップは、発見されるのを待っている多くの科学的機会を保持しています。ルートビアフロートに泡がたくさんある理由と、それを変えるために何ができるのか疑問に思ったことがあるなら、この実験はあなたにぴったりです！小学生に適しており、1つ以上のバリエーションをフォローアップすると約30分から1時間かかります。 （注：変位による体積の測定は、少なくとも中学生の生徒に適しています。）

• ドライアイス実験
• グレゴールメンデルのエンドウ豆植物実験
• 子供のための表面張力実験

材料

• 透明ガラス
• ルートビア
• 砂糖の有無にかかわらずバニラアイスクリーム
• 固体用計量カップ1杯、液体用計量カップ1杯
• 巻尺（ヒント：年少の子供には、 マスキングテープ 定規が付いているので、実験を開始する前にガラスまたはカップの側面をテープで固定します。）

基本手順

次の手順は、巻尺で測定できるが、物質の量を計算することができなかった若い学生向けです。

1. 計量カップでアイスクリーム1カップを測ります。透明なガラスにアイスクリームのカップを追加します。
2. 計量カップでルートビア1カップを測定します。実験の最後に、アイスクリームに追加できたルートビアの量を確認する必要があります。
3. ルートビアをアイスクリームにゆっくりと加えます。生成された泡の量を測定したいが、泡がガラスの上部より高くならないようにしたい。
4. 泡が上に行かないようにできるだけ多くのルートビアを追加したら、グラスを測定します。
   1. 泡はどれくらいありますか？ （測定には巻尺を使用してください。）
   2. どのくらいのルートビアを追加できますか？ （最初に使用した1つのカップから計量カップの量を差し引きます。これが追加した量です。）

何が起こっていますか？

ルートビアの泡が二酸化炭素の泡であることは誰もが知っています。しかし、泡を泡立たせるために何が起こっているのか疑問に思ったことはありませんか？

過飽和溶液 ：ルートビア（およびそれに関するすべての炭酸飲料）は二酸化炭素で過飽和になっています。 過飽和 は、溶液（この場合はルートビア液）が保持できるよりも多くの溶質（この場合は二酸化炭素）があるという科学的な言い方です。過飽和溶液は「不安定」と表現されます。これは、彼らができるだけ早く溶質を放出しようとしていることを意味します。そのため、炭酸飲料のボトルを開けると、ガスが逃げるシューという音が聞こえ、泡が形成され始めます。 核生成サイト ：アイスクリームにルートビアを追加すると、基本的にルートビアから二酸化炭素の泡をノックアウトすることになります。ただし、泡の泡が発生するのはそれだけではありません。アイスクリームにも空気が入っています。あなたのアイスクリームのそれらの気泡は提供します 核生成サイト 二酸化炭素の泡が形成され、成長することを可能にします。 表面張力 ：ルートビアフロートの泡のいくつかが本当に大きくなることに気づいたことがありますか？これは、アイスクリームの一部の成分がソーダの表面張力を低下させて気泡が膨張する一方で、他の成分が気泡を閉じ込めて泡状の飲み物に浮遊させたままにするためです。これは、タンパク質が海の泡を海に閉じ込める方法とよく似ています。

バリエーション

ルートビアフロートを作ることは、子供の遊びだけではありません。食べ物をもっと楽しみたい場合は、比較的簡単なものから難しいものまで、さまざまなバリエーションを試してみてください。

手順を切り替える ：アイスクリームを追加してからルートビアを追加する代わりに、最初にルートビアを追加してからアイスクリームを追加します。それは反応をまったく変えますか？ あなたの成分の効果： 実験をさらに数回試してみてください。ただし、今回は砂糖の多いアイスクリームのブランドを使用し、次のアイスクリームには砂糖の少ないアイスクリームのブランドを使用します。あなたの巻尺で測定した場合、どちらがより多くの泡を生成しますか？ジェラートや牛乳の入っていないシャーベットなど、空気の少ない冷菓を使うとどうなりますか？より信頼性の高い結果を得るには、各実験に同じ量の冷凍おやつを使用するようにしてください。

体積の測定

生成される泡の量を把握する最も簡単な方法は、側面に量が記されている科学用ビーカーで実験を行うことです。ただし、特に数学的な感覚があり、サイエンスビーカーを利用できない場合は、少しの数学と演繹的な推論を使用して、泡の量を把握する方法があります。

1. パッケージを見て、カップが保持する液量オンスの数を確認します。これは、カップが完全に満たされたときの総量です。
2. 次に、変位法を使用して1カップのアイスクリームの体積を測定します。変位法の考え方は単純です。カップの容量を10オンスの水で満たすことができる場合、アイスクリームを1スクープ追加した後、カップにどのくらいの水を注ぐことができますか？その答えはあなたのアイスクリームの量です。
   1. あなたはすでにあなたのカップが何オンスの水を保持しているかを知っているはずです。 （アイスクリームと反応しないので水を使用してください。）
   2. カップにアイスクリームのスクープを追加します。事前に測定する必要はありません。
   3. 別の計量カップを使用して、アイスクリームがいっぱいになるまでカップに水を追加します。 （使用している液量オンスの数を追跡していることを確認してください。）
   4. カップが保持できる液量オンスの合計から、追加した液量オンスの合計を引きます。たとえば、カップが10液量オンスを保持でき、8液量オンスをカップに注ぐことができた場合、アイスクリームの容量は2液量オンスになります。

凝固点降下アイスクリーム

凝固点降下は複雑に聞こえますが、少なくとも代数を使用していて、変数の操作に慣れている中学生は、計算を実行できるはずです。アイスクリームを作るのに約30分から45分かかります。

基本的に、アイスクリームを手に入れるには、クリーム-ミルク-砂糖の調合液を十分に冷やして、凍結して固体状態にする必要があります。多くのレシピでは、アイスクリームの混合物を角氷で冷やし、塩を加える必要があります。角氷に塩を加えることで、水が凍る温度を下げ、角氷を冷たくします。これは、 凝固点降下 。以下のビデオでは、水の凝固点を下げると化学的に何が起こっているのかを説明しています。

材料

• 2部クリーム
• 一部の全乳
• 砂糖やその他の味わい
• 電気ミキサー
• 1つの小さな金属製のボウル
• 1つの大きな金属製のボウル（小さなボウルは中に快適に収まる必要があります）
• クラッシュアイス
• 計量カップとスプーン
• 温度計 科学実験室用に設計
• 食塩や 岩塩
• 塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化ナトリウムおよび/または塩化カリウム（金物店でアイスメルトとして入手可能）
• ストップウォッチまたはタイマー

手順

1. 小さな金属製のボウルにクリーム、ミルク、砂糖、香料を混ぜます。
2. 小さい方のボウルを大きい方のボウルの中に入れ、大きい方のボウルに氷を加えます。小さなボウルは氷に囲まれている必要があります。
3. 氷を入れた大きなボウルに、半分のカップから1カップの食塩を注意深く注ぎます。正確な量はボウルの大きさによって異なりますが、少なくとも氷の上部を塩で覆いたいという考えです。
4. 初期温度に注意してください。
5. タイマーを開始します。
6. 電気ミキサーを使用してアイスクリームの材料をかき混ぜ始めます。オーバービートしないように注意してください。そうしないと、アイスクリームが形成される前にホイップクリームができてしまいます。
7. 1分間隔で温度測定を行ってください。
8. ソフトクリームのコンシステンシーであるアイスクリームができたらやめましょう。
9. 岩塩で実験を繰り返します。時間がある場合は、冬の間に私道で使用される塩の種類で実験を繰り返すことができます。ただし、安全上の理由から、アイスメルトを使用して作ったアイスクリームは食べないでください。

考慮すべき質問

1. どのタイプの塩が最も速くアイスクリームを産出しましたか？
2. 塩の粒の大きさとアイスクリームの固化の速さには関係がありますか？
3. 追加する塩の量は、アイスクリームの製造速度や温度の低下に違いがありますか？
4. 完璧なアイスクリームを作るには、氷はどれくらい冷たくなければなりませんか？

凝固点降下の計算

凝固点降下の式は次のとおりです。

水（溶媒）の凝固点を0℃から-20℃に下げるために必要な塩（溶質）の量を計算します。

250gの氷に対して-20℃の凝固点降下を作成するために必要な塩のグラム数を計算します。

NaClだけでなく、異なる量の氷または異なる種類の塩を使用して同じ計算を実行する場合は、次のリソースを使用して、使用する適切な数値を見つけることができます。

• ヴァント ホッフ係数 -このビデオでは、任意の化合物のファントホッフ係数を見つけるプロセスについて説明します。
• 分子量 -ビデオ付きのこのページでは、化合物の分子量を見つける方法を説明しています。

自家製ドライアイスのアイスクリーム

アイスクリームを作るには、クリームと砂糖の混合物を固いものに変えるために、本当に冷たいものに入れる必要があることは明らかです。ほとんどのレシピでは塩と氷が必要ですが、本当に冒険好きな人は自家製のドライアイスでアイスクリームを作ってみることができます。 ドライアイス 実際には冷凍二酸化炭素です。塩と氷の組み合わせは約-20°Cに達することができますが、ドライアイスは約-78.5°Cです。気温が低いと、アイスクリームがずっと速くなります。

ドライアイスを使用しているため、この実験は高校生を対象としています。あるいは、大人が若い学生のためにデモンストレーションを行うことができます。時間は変動する場合がありますが、この実験の実行には約20〜30分かかります。

材料

• 二酸化炭素消火器
• 布袋（枕カバー、靴下などを使用できます）
• ダクトテープまたは強力な電気テープ
• 大きな金属製のボウル
• 電気ミキサーを収容でき、大きな金属製のボウルの中に収まる小さな金属製のボウルまたは金属製の缶
• ミキサー
• 2部クリーム
• 一部のミルク
• 砂糖または他の香料を味わう
• 安全ゴーグルと作業用手袋

手順

1. 小さな金属製のボウルにクリーム、ミルク、砂糖、香料を混ぜます。
2. 消火器のノズルに布の袋をテープで貼り付けます。この時点で、作業用手袋とゴーグルの着用を開始する必要があります。
3. すべての二酸化炭素を袋に放出します。これは実際にはドライアイスです！
4. 大きなボウルにドライアイスを加え、小さなボウルをドライアイスの中に入れ、ソフトクリームがソフトクリームの段階に達するまで混ぜ始めます。

重要な安全上の注意

ドライアイスがアイスクリームに入らないように注意してください。もしそうなら、あなたはまだドライアイス実験をすることができますが、アイスクリームを食べないでください。また、ドライアイスに素手で触れないでください。常に手袋を使用するか、トングを使用することもできます。

アイスクリームの楽しみ

アイスクリームは完璧のようです化学実験起こるのを待っています。アイスクリームを作りたいだけでも、何か他のものに追加したい場合でも、完璧なレシピや添加物をテストしたい場合でも、チャンスはほぼ無限です。必ずログブックを保管し、化学物質が実験に加わった場合はアイスクリームを食べないように注意してください。