カイロを使った理科実験や自由研究まとめ!簡単な作り方も

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寒い冬に欠かせないカイロ!
封を開けて揉むだけで温かくなるというのですからなんとも不思議ですね。
そんなカイロをこの夏の自由研究のテーマにしてみませんか?
そこで、カイロを使った理科の実験や作り方をご紹介させて頂きます。

カイロを使った理科実験や自由研究まとめ!簡単な作り方も

1、ペットボトルにカイロの中身を入れるとどうなるの?

こちらは、私立中学校の入試問題になったこともあります。
中学受験受験を考えているお子さんは、押さえておいて損はありません。

<実験方法>

  1. ペットボトルに袋から取り出したカイロの中身を入れてキャップをきちんとしめる。
  2. 熱くなるまでよく振る。

<実験結果>

ペットボトルはへこんでしまい、冷めても元の状態に戻りません。

<考察ポイント>

カイロの中身とペットボトルの酸素が、結びつき熱が発生します。
そのため、ペットボトルの中の酸素の量が減少するのでペットボトルがへこみむのです。
使われた酸素が元の量に戻ることはないためにペットボトルは、変形したままとなります。

2、使い捨てカイロの中身について調べてみよう!

手軽に使っている使い捨てカイロですが、その材料まで知っている方はほんの少数でしょう。
そんな私も全く分かりませんでした。

「夏休みももう終わりなのに…、苦手な自由研究だけ残っている!」なんて時にただ調べてまとめるだけなので比較的簡単に終えられます。

<実験方法>

まずは、カイロの中に何が含まれいるのかをリサーチします。
その上でそれぞれの材料が、どのような役割をしているのかを調べましょう。
さらに、資源の有効性まで深くまとめると評価が高いです。

<考察ポイント>

カイロは、

  • 鉄粉
  • 活性炭
  • バーミキュライト
  • 塩類

を使って作られています。

それぞれの役割を見てみましょう。

  • 鉄粉
    →酸素と化学反応を起こすことで熱が出る。

  • →酸化鉄の加熱を促進させる。
  • 活性炭
    →炭には目に見えない無数の穴が開いているのでそれを利用して空気をたっぷり取り入れて熱が発生しやすくする。
  • バーミキュライト
    →カイロの中の水分量を調整しサラサラに保つ。より鉄粉と食塩水が混じりやすくする働きもある。
  • 塩類
    →加熱を助ける。

非常にシンプルな原料なのにしっかりと熱を発生させることができるのが、凄いですよね!
より具体的に熱が発生する仕組みについて見ると
「酸素+水+鉄→水銀化第二鉄」となります。

<再利用方法>

使い捨てカイロは、冷めたら二次利用もできるのです。

  • 脱臭消臭剤
    そのままブーツや靴の中に使い終わったカイロを入れておくだけでオッケー!
    活性炭が入っているので消臭効果が期待できます。
  • 園芸用品
    バーミキュライトを取り出して使います。
    カイロの内容物と水をよく混ぜて、コーヒーフィルターなどでしっかりとろ過します。
    そのまま使ってしまうと塩を含むので土壌汚染につながるためです。
  • 浄水効果
    活性炭により浮かべるだけで水を綺麗にできます。

3、使い捨てカイロの発火のメカニズムについて!

「使い捨てカイロ」を自由研究の題材とした際に定番のテーマですね。
上述しましたように、カイロは「鉄・バーミキュライト・食塩・水・活性炭」で構成されています。
それぞれ単体では熱をうまく作り出せません。

そこで、使い捨てカイロがどうして熱くなるのかを研究してみましょう。

<考察ポイント>

鉄は、水と結びつくとさびつきます。
さらに、カイロの中に含まれる食塩により鉄をさびやすくさせているのです。
ただし、これだけでは長時間に渡ってカイロを使い続けることはできません。

バーミキュライトにより水分の蒸発を防ぎ、さらに活性炭の無数の穴で酸素をより多く取り込むことで長く加熱できるのです。
シンプルな原料なのにそれぞれの役目が、とても細かいことに気付かせれます。
さらに、酸素の役割などについても学べるでしょう。

詳しく調べて行くと化学式なども必要になってきます。
中学生や小学生高学年の理科大好きのお子さんにおすすめです。

4、使い捨てカイロを作ってみよう!

原料がシンプルなカイロだけに、実は簡単に作れます
ただし、実用性には向かないのであくまでも自由研究のネタとして使いましょう。

<材料>

  • 鉄粉20g(ティッシュにくるんでおくこと)
  • 食塩水5ml
  • バーミキュライト5g
  • ファスナー付きビニール袋

<作り方>

バーミキュライトと食塩水を最初にファスナー付きのビニール袋に入れてよく混ぜます。
さらに、その中にティッシュで包んだ鉄粉を加え、袋の口を開けた状態でよく揉みましょう。

<考察ポイント>

カイロができる仕組みを簡単に理解できる上に袋の口を開閉することで酸化できる、できないということを学べます。

5、コーヒー殻で使い捨てカイロを作ってみよう!

活性炭って家庭で使わないことが多いですね。
わざわざ理科の実験のために購入するのは、ちょっともったいない気もします。
でしたら代用としてコーヒー殻を使ってカイロを作る実験をしてみましょう。
実際に、コカコーラ社でも自社で出た廃物のコーヒー殻を使い捨てカイロを作る資源にリサイクルしています。

<準備するもの>

  • 100メッシュの鉄粉
  • コーヒー殻
  • 濃度5%、10%の食塩水

<考察ポイント>

鉄粉にそれぞれの濃度の食塩水を0.5mlずつ加えて行き良く混ぜて下さい。
5%、10%の食塩水いずれも0.5ml入れた時点で最高温度となります。
さらに、10%加えたモノの方が温度が高くなることに気付きます。

これだけでは、物足りないという研究熱心なお子さんは、活性炭の粉末に同じように食塩水を加えてみて下さい。
活性炭の粉末を使った実験の際には、2%の濃度の食塩水についてもトライしてみましょう。
コーヒーと活性炭の温度差や食塩水の濃度の違いを学べます。

活性炭の場合は、いずれの濃度でも1.0mlの時点で最高温度になるのです。
さらに、5%と10%の食塩水を加えた時には、温度の上昇の仕方も似ています。
そして、コーヒー殻よりも活性炭の粉末の方が、温度が上がりやすいです。

まとめ

カイロを使った理科の実験や自由研究について5つご紹介させて頂きました。

「3、使い捨てカイロの発火のメカニズム」以外は、比較的簡単です。

ちょっぴり理科が苦手だな…というお子さんでもこれだったら最後までできるでしょう。

使い捨てカイロという身近なグッズだけにお子さんも「どうなっているんだろう?」と興味を持って勉強できます。
長い夏休みを利用してぜひ実験してみて下さいね。

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