化学反応を利用したいろいろなカイロの製作

化学反応を利用した
いろいろなカイロの製作
化学 1 班
杉田上総杉森美咲高橋奈那若島寛太
○動機
昔の人は弁当やお酒を温めるのに生石灰を利用して発熱させてそれを利用していた。
・使い捨てカイロを再利用
・繰り返し使えるカイロを化学反応を使って製作することはできないか
・どんな条件で使えば一番よいのか
○研究内容
実験１．生石灰を使用して、熱を発生させる
実験２．使い終わったホッカイロの中身に活性炭を加え、復活させ、再び発熱反応を起こさせる
実験３．酢酸ナトリウム三水和物の過冷却を利用して、凝固熱を発生させる
実験４．チオ硫酸ナトリウム五水和物を利用して実験３と同様に凝固熱を発生させる
○実験１について
〈方法〉
生石灰 5.6g（0.1mol)に水を加える。その際に水の量を少しずつ変えて、適当な水の量をはかり、調整し
ていく。
水の量を変えたときの温度変化
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
40ml
18ml
10ml
5ml
20ml
0
20
40
60
80
100
120
-7-
140
160
180
200
〈結果〉
生石灰 5.6ｇに対して水 20ml を入れるのがカイロには一番最適な 45℃～55℃近くの温度を長く保つことが
できる。
〈考察〉
水が少なすぎると急激に温度が上がり、急激に温度が下がる。また、温度が上がりすぎる。
水が多すぎるとゆっくりと温度が上がり、ゆっくりと下がっていく。また、温度が低すぎて温かいとは言
いづらい。
○実験 2 について
〈方法〉
①使い捨てカイロの中身を砕き粉にしたもの 2g と活性炭を磁性るつぼに入れて混ぜる。
②電子レンジ 550Ｗで 5 分間加熱する。
③室温まで冷やし、3％の食塩水を 2,3 滴入れて温度上昇をはかる。
〈結果〉
室温まで冷やした後、食塩水を入れたが反応がほとんど見られなかった。
加熱した直後の温度を計ると、活性炭を 0.2g のときは約 60℃、0.4g、0.8g のときは約 80℃まで温度が上
昇していた。
活性炭が燃焼されているだけではないかと思い、活性炭 0.4g だけを同じ条件で電子レンジにかけてみると
赤くならず、温度も 38℃までしか上がらなかった。
〈考察〉
原因は不明だが、電子レンジにかけると活性炭の燃焼以外の原因で、確かに発熱することはわかった。
水酸化鉄が活性炭により還元されて鉄になりその後また酸化されて発熱したのではないかと考えられる。
○実験 3 について
〈方法〉
①酢酸ナトリウム三水和物に水 3,2,1g を混ぜる。
②これをジッパー付き袋に入れ、90℃のお湯に入れる。
③溶けたらそのままお湯の中に入れておき、ゆっくり冷やす。
-8-
〈結果〉
純水を 1g 入れたとき最も発熱量が大きく、熱が保たれた。純水を入れる量が少ないほどカイロにするには
適していたが、過冷却状態にするのは難しかった。
時間に対する温度変化
過
飽
和
水
溶
液
内
の
温
度
（
℃
）
60
50
40
30
10:03
20
10:02
10
10:01
0
時間
〈考察〉
純水の量が少ないほど発熱量が大きく、高温の状態が長く持続することが分かった。
よりカイロに適した反応を起こすには、同じ比率で量を変えたり、他の、融点が低く室温で過冷却が起こ
る物質で、凝固熱を発するものを調べる必要がある。
○実験 4 について
〈方法〉
チオ硫酸ナトリウム五水和物 10g を 90℃のお湯で溶かし、融点（48.5℃）を下回るまでゆっくり冷やして
いく。
チオ硫酸ナトリウムの温度変化
（℃
50
40
30
10g
20
10
-9-
400
380
360
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
（ｓ）
〈結果〉
凝固熱が発生する。
融解したチオ硫酸ナトリウムに衝撃を与えていくと、徐々に液体と固体が混じったような状態になる。
固体になった時の凝固熱の温度が一番高かった。
〈考察〉
酢酸ナトリウム三水和物に比べて、最高温度は低かったが、カイロに使える可能性が見出せる物質である
ことに間違いはない。
○終わりに…
これらの実験を通して、カイロに使えるような様々な発熱反応を調べることができた。また、自分た
ちでカイロを作ることができた。
今後の課題は、もっと他の化学反応などを使ってカイロを作ることはできないか、また、適温をもっ
と長い時間保つことはできないかを検証してみることである。
酢酸ナトリウム三水和物やチオ硫酸ナトリウム五水和物のほかにも過冷却をする物質があると思うの
でそれらを探して実験してみればいいと思う。
今後も実験を重ねることが必要である。
○参考文献
・第１７７回夏炉冬扇_その 2
http://www.onsenmaru.com/topics/T-150/T-177-jisakukairo-B.htm
・Hirosaki University Repository for Academic Resources
http://hdl.handle.net/10129/4182
・繰り返し使うことができるカイロをつくろう(発展）
http://ur0.xyz/rPAO
・平成１６年度『おもしろ科学教室』ミラクルカイロに挑戦！
http://www.manabi.pref.gunma.jp/bunrui/gakupro/08010082
・らくらく化学実験
http://rakuchem.com/kareikyaku.html
・第３３章実験－ヘスの法則
http://www.tennoji-h.oku.ed.jp
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