自由研究ラボ

研究大好きな主婦が、さまざまな自由研究を実践・ご紹介します!

ミョウバンで大きな結晶を作ってみよう!~結晶ができる原理~【勝手に自由研究】

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、ミョウバンの結晶ができる原理をご紹介します!

f:id:ziyukenkyu_Lab:20190208101951j:plain

 

ところで、「ミョウバン 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。

 

目次

 

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、順番に紹介していきますね。

 

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?

f:id:ziyukenkyu_Lab:20190207164933j:plain

 

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。

f:id:ziyukenkyu_Lab:20190126183208j:plain

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?

 

f:id:ziyukenkyu_Lab:20190207174947j:plain

 

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!

 

この自由研究を思いついたきっかけ。

 

結晶つながりで、こんな記事もいかがですか? 

 

他の自由研究のお品書き