実験

【小学生から】ミョウバンや塩で結晶ができる原理をわかりやすく解説

どーぶろえ・うーとろ!ぽんすけです。

スーパーや100円均一で手に入るもので結晶を作ってみよう!と思い立ち、

「塩・砂糖・ミョウバン・ワイン・カルキ抜きで大きな結晶を作ってみよう!」

というテーマで自由研究をしています。

今回の記事では、ミョウバンや塩の結晶ができる原理をご紹介します!

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ところで、「ミョウバン 結晶 原理」や「塩 結晶 原理」とGoogleで検索をすると、

原理を解説しているサイトをたくさん見つけることができます。

しかし、ネットの検索でヒットする多くのサイトは、

専門用語が使われている場合が多く、理解するのが意外と大変!

そこで、このページは「小学校高学年でも理解できるように」をコンセプトに書いています。

なので、難しい専門用語は、一切使っていません。

「飽和水溶液って何?」

「再結晶って何?」

という方にも安心して読めます。

結晶ができる原理がわからなくて困っている中高生のみなさんや、

結晶作りの自由研究をお手伝いされている保護者の方。

この記事を参考にしていただけるとうれしいです。

結晶ができる原理を理解するには、3つのPOINTを抑える必要があります!

では、ミョウバンを例にして、順番に紹介していきますね(塩の結晶の原理も同じです!)。

POINT1 ミョウバンが水に溶ける最大量は決まっている(ただし温度一定)

砂糖が水に溶けるように、ミョウバンも水に溶けることができます。

では、水に入れるミョウバンの量をどんどん増やしていっても、

ミョウバンは際限なく水に溶け続けるのでしょうか?

例えば、100 gの水に1 gのミョウバンが溶けるとします。

では、100 gの水に100 kgのミョウバンは溶けるでしょうか?

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答えは、NO!

実は、ある量の水にミョウバンを溶かすとき、

「ミョウバンが水に溶ける最大量は決まっている(ただし、温度一定)」

という決まりがあります。

上の例でいうなら、100 gの水に1 gのミョウバンは溶けても、

100 kgのミョウバンは溶けないのですね。

ぽんすけはこちらの焼きミョウバンを使って結晶を作っています。

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焼きミョウバンの場合、100 gの水(水温20℃)に対して、で最大5.9 g溶けます。

つまり、100 kgミョウバンを入れても、絶対に溶け残る!

ということで、

ミョウバンが水に溶ける最大量は決まっている

ただし温度一定)

この決まりを覚えておいてください。

POINT2 水の温度が上がると、ミョウバンが水に溶ける最大量は増える

さて、さきほどのPOINT1で

ミョウバンが水に溶ける最大量は決まっている

とご説明しました。

その文章の後ろに(ただし温度一定)と記載されていたのにお気づきでしょうか?

実は、

水の温度が上がると、ミョウバンが水に溶ける最大量は増えます!

先ほどの焼きミョウバンの例でいくと、

水温が20℃の場合、100 gの水に最大5.9 g溶けるのですが、

水温が30℃になると、100 gの水に最大8.4 g溶けるのです。

実は、この法則は塩や砂糖にも当てはまります!

ぜひ覚えておいてください。

ところで、この水温と溶ける量に関してですが、

ミョウバンには特徴的な性質があります。

ミョウバンは、水温が60℃を超えたあたりから、急激に溶ける最大量が増えるのです。

水温が20℃では5.9 gしか溶けないくせに、

水温が80℃になると、72 gも溶けます。

水温が上がるだけで、10倍以上も溶けるようになるのですね!

参考にNHKの動画↓をどうぞ。

水温によって、ミョウバンの溶ける量が大きく変わることが視覚的にわかります。

  

POINT3 水の温度が下がると、ミョウバンが水に溶ける最大量は減る

これは、POINT2の応用です。

水温が上がれば上がるほど、ミョウバンが溶ける最大量は増えます。

つまり、逆に水温が下がれば下がるほど、ミョウバンが溶ける最大量は減るのですね。

これも結晶ができる原理を理解するためには、必要なポイントになるので、覚えておいてください。

まとめ

 POINT1 ミョウバンが水に溶ける最大量は決まっている(ただし温度一定)

POINT2 水の温度が上がると、ミョウバンが水に溶ける最大量は増える

POINT3 水の温度が下がると、ミョウバンが水に溶ける最大量は減る

POINTを抑えられましたか?

では、続きまして、結晶ができる原理をご紹介します。

結晶ができる原理

みなさま、想像してください。

80℃のお湯を用意します。

そのお湯にミョウバンが溶ける最大量のミョウバンを入れます。

このミョウバン入りのお湯を20℃まで冷やしたら、どうなるでしょうか?

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80℃のお湯に溶ける最大のミョウバン量は72 gです。

72 gのミョウバンを80℃のお湯に入れて、ミョウバン水を作ります。

このミョウバン水を20℃まで冷やすと、問題が発生するのです。

だって、20℃の水には5.9 gしかミョウバンは溶けないのです。

つまり、

72 g(80℃の水に溶けているミョウバンの量)-5.9 g(20℃に溶ける最大量)

=66.1 g(20℃では溶けきれないミョウバンの量)

66.1 gのミョウバンの行き場が失われてしまいます!

では、66.1 gのミョウバンはどこに行くのでしょうか?

鋭い方はお気づきかもしれません。

そう、これが結晶になるのです。

つまり、ミョウバンの結晶は、

ミョウバンがたくさん溶けた高温の水を、

低温にすることで、

溶けきれなくなってしまったミョウバンなのです!

最初は水に受け入れてもらって、居場所があったミョウバン。

水温が下がったことで、居場所のなくなったミョウバン。

そんな、迷子で、行き場のないミョウバン。

・・・それが美しい結晶になるのです。

そう考えると、なんだか尊いものに感じる不思議!

結晶ができる原理は、以上になります。

参考になりましたら、うれしいです。

 

ミョウバンの結晶を実際に作ってみました▼

塩の結晶でつくるキラキラモール実験▼

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