手作り炭酸水の中の二酸化炭素の身近な検出方法

質問

理科の実験で，手作りで炭酸水を作りたいと思います。
方法は下記の通り
ア　ドライアイスを水に溶かして作る。（１０分間ほど）
イ　集気瓶の中に水を少し入れ，火の付いたろうそくを入れ，ふたを閉めて二酸化炭素を発生させ，その後，ふって作る。
ウ　透明なビニール袋に水を少し入れ，吐いた息を入れ，ふって作る。
エ　水に重曹を溶かし，酢などを加えて二酸化炭素を出して作る。

こうして作った手作り炭酸水の中に，二酸化炭素が溶けているかどうかを調べるために，飽和状態の石灰水を加えたのですが，濁りません。
石灰水では，反応が弱いようです。
気体検知管やフェノールフタレインなどを使わずに，
児童に身近な方法で，水に溶けた二酸化炭素を検出する方法を教えて下さい。

回答No.2

noname#102212 · ベストアンサー

若干誤解があるようですが、市販の純水にはCO2が含まれています。

製造直後には入ってないのかもしれませんが、出荷・納品までの間にも大気に曝されるため、大気中のCO2を吸収してしまうらしいのです。(というか、製造時に溶存ガスまでは抜かないらしい)

このため未開封の純水でもpHが6を切っていることがしばしばあります。
これは市販のコンタクトレンズ洗浄水でも同じです。
市販の飲料水も若干酸性ですよね。くみ上げてすぐボトリングされるため、純水よりも中性に近いと思いますが、商品によって異なると思うので、pHを確かめて使用されることをお薦めします。

というわけで、大げさな実験になってしまいますが、水道水を沸騰させ、水に含まれているカルキやCO2を排除したのち、冷水などで急速に冷却し、すぐに実験に移るのが間違いがありません。

沸騰した水がどのくらいの速さでCO2を吸収していくのかは、あいにく調べたことはありません。
参考になる情報を提示できず、申し訳ありません。

お礼

再度ご投稿頂き，ありがとうございました。
早速，「湯冷まし」で予備実験をやってみました。
アとエの実験は，うまくいきました。
ありがとうございました。

イとウの実験がうまくいきません。
これらの実験は，ドライアイスや重曹といった人工的なものではないやり方に思えるので，何とか成功させたいのですが，難しいですね。

ウの実験は，水を入れたビーカーにストローで息を吹き込んで作ることに変更したいと思います。

回答No.3

noname#102212

「イ」の実験では、ロウソクの燃焼によって集気びん内の酸素濃度がほぼゼロになっているとは思いますが、ロウソクに含まれる炭素分が全量CO2にはならない気がします。
不完全燃焼によりCOが発生し、CO2濃度はそれほど高くなっていない可能性が考えられます。

むしろ、集気びんを密閉せずに、適当量の酸素を供給し続ければ、底部にCO2が溜まるのではないでしょうか。
密閉してなければ、比重の軽いCOは排出されるはずです。

瓶を静置するのが肝ですが、うまくCO2が底部に溜まってくれれば、底に溜めた水(後から静かに入れても可)がCO2を吸収するような気がします。

「ウ」は、、これも単なる思いつきですが、呼気中のCO2濃度はそれほど高くないため、相当大きなビニール袋を使用したほうが良いかもしれません。(呼気中のCO2濃度が高ければ、人工呼吸された人は酸欠で死んじゃいますよね?)

何の根拠もなく思いつきばかり書いてしまいましたが、ご検討ください。

お礼

何度もご回答頂き，誠に感謝申し上げます。

なるほど，不完全燃焼による一酸化炭素とは気が付きませんでした。
イの実験では，集気瓶の大きさやろうそくを燃やす位置にもよると思いますが，炎によって温められた空気が上昇するときに，二酸化炭素も瓶の外へ行ってしまうのではないかと思い，ろうそく立てを突っ込んだ状態なので完全密閉ではありませんが，ガラス板でふたをしようと思いました。
集気瓶内の二酸化炭素はごく少量なので，ふたを開けて空気を入れ換え，またろうそくを入れてみることを何度も繰り返すことで，水に溶ける二酸化炭素の量を少しでも増やすことができるのではないかと考えたのです。

ウの実験ですが，最初の方法では，「息を入れて，振って，排気する」を繰り返せば，微量ずつながら溶けるのではないかと考えたのです。
しかし，息を入れるときや振るときなどにビニール袋の上から水をさわってしまうことが多く，体温で炭酸水が温まったり振ったりすることで，せっかく溶けた二酸化炭素が逃げてしまうのではないかとのおそれがありました。
また，児童が実験に熱心なあまり，ビニール袋にいったん吐いた息を再度吸ってまた吐くことで，二酸化炭素の濃度を増やそうと考えて実行でもされたら，衛生上も人道上もまずいかなとも思いました。
そんなわけで，ビニール袋作戦よりは多少はましな，ストロー作戦に変更しました。
ストロー作戦では，唾液が入る量が少しでも少なくなることを願うばかりです。

回答No.1

noname#102212

pH計やpH試験紙を使って酸性度を比べると良いかもしれません。
ただ、純水など作り置きの水には大気中のpHがとけ込んでいてpH5程度を示すこともあります。一旦水を沸騰させ溶存ガスやカルキを抜いた水を使って実験する必要があると思います。

難を言うと、試験紙は色の変化があれば見た目にも楽しいと思いますが、pHの微妙な差は出にくいかもしれません。

あと、「エ」に関しては原料となる重曹や酢の配合によってpHが大きく変わるため、pHによるCO2溶存量の判定は難しいと思います。

参考URL：

https://www.sanifoods.net/product/prolist/slid/107?gclid=CKSY2On2lJ0CFZMtpAodwWI72A

お礼

ご回答ありがとうございました。

石灰水に直接ストローで息を吹き込んでも色は濁るのに，何故かしら，予備実験では，全て濁らないのが不思議でした。
ご指摘の通り，新しい純水を使わなかったことが原因かもしれませんね。

身近な材料にこだわりたいので，純水の代わりに市販の天然水ではどうなのでしょうか。

pHに関しては，ムラサキキャベツやブルーベリー，紫色の花からとった色水などでpHが変わる様子を，観察する程度はできると思います。
また，リトマス紙やリトマス液，BTB溶液などの指示薬が酸性やアルカリ性を指して色が変わったからといって，水に含まれた気体が二酸化炭素であるとは，強く言えないような気がします。
もちろん，石灰水が濁ったからといって，その気体が二酸化炭素であるとは断定できないのでしょうが。