学校行事

ミョウバン結晶の作り方!大きくするコツや原理について

ミョウバン結晶の作り方について

子供の夏休みの自由研究としてミョウバン結晶作成に取り組ませてみようと思いました。小学校高学年や中学生向きで、小学校低学年生には少し原理等を理解するのは難しいかも知れません。

それでも、大きな結晶の作り方の概要と、大きな結晶が作れた驚きと喜びを感想文として書けば、それなりの自由研究となりそうです。

結晶の作成に当たって準備するものは、ミョウバン(焼ミョウバン)、水、温度計、透明な耐熱性のコップ 2個、スプーン、割りばし、釣り糸、発砲スチロール箱、電子レンジ、ラップです。焼ミョウバンは、スーパーマーケットでも薬局でも入手できます。

手順としては最初に、コップに焼ミョウバン約20グラムを入れ、そこに60度以上のお湯200ミリリットルを注いで完全に焼ミョウバンを一旦溶かします。溶けにくい場合には、もう少しお湯の温度を上げると、溶けやすくなると思います。

この完全に溶けた溶液の入ったコップごと発泡スチロール箱の中にいれ、蓋をして1,2日放置します。

すると、コップの底にミョウバンが再結晶した粒がいくつかできます。

このミョウバンの粒を取り出し、正八角形(正八面体)の形の整った結晶を一つ選び、これを種結晶として、大きなミョウバンの結晶を作成します。

ミョウバン結晶を大きくするには

最初に先に選択した形の良い結晶を、割りばしに結びつけた釣り糸(テグス)の反対の端に結び付けます。一方で、コップの底に形成された粒もすでに結晶ですが、この小さな結晶を、次に大きな結晶に成長させていきます。

結晶を大きく成長させるために、最初に綺麗な形の種結晶を選択した残りのミョウバンの粒をコップの水溶液に戻します。

このコップにラップをかけて、電子レンジを使って、再度60℃以上に温め、再びミョウバンが溶けた水溶液を作ります。

ミョウバンが溶けた水溶液の温度が徐々に下がり、30℃近くになると、再びコップの底に小さな結晶の粒が形成され始めます。

この状態の水溶液の上澄み溶液(飽和水溶液)を別のコップに移します。これは小さな結晶の粒を除去するのが目的で、小さな粒は新しいコップに移さないように注意するのがポイントです。

この新たなコップに移した水溶液に、種結晶を入れ、その反対に結びつけられた割りばしをコップの縁に渡して、種結晶がコップの水溶液内に宙づりになるようにします。

種結晶がコップの底に付かないように、事前に釣り糸の長さを調整して置きましょう。

種結晶がコップの水溶液内に宙づりの状態で浸けたまま、これを発泡スチロールの箱内に静かに放置します。これにより、種結晶が徐々に成長して大きくなると共に、コップの底にも小さな粒が出来ます。

コップの底に小さな粒ができると、水溶液の濃度は落ちてしまっていますので、成長させている結晶を一旦取出し、残りをラップをかけて電子レンジで温めて60℃程度の水溶液として、濃度を上げます。

この上澄み溶液に成長させている結晶を再び浸けると言う手順を繰り返します。これは常に水溶液が飽和状態で結晶ができ易い状態として、そこに種結晶を浸けて成長させているのです。

コップの底に出来る粒よりも遥かに立派になったところで、適時この繰り返しを終えて、大きな結晶作成は完了・完成となります。

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ミョウバン結晶の原理について

ミョウバンは、一般的には硫酸カリウムアルミニウムのことで、身の回りではナスの漬物やウニの食品添加物として使用されている物質です。

このミョウバン結晶を作る原理は、以下の様に説明できます。物質の溶解度(100ミリリットルの水にどれだけ溶けることができるか)は温度によって異なり、水の温度が高いと、多くのミョウバンが溶け込む事が出来ますが、温度が下がって来ると、溶け込めにくくなり、その分が結晶として析出するのです。

この原理をベースに析出する分を種結晶に次々と成長させる方法で、大きなミョウバンの結晶を作ると言う方法です。

水100gに対して焼ミョウバンは60℃では24.8gが溶けますが、20℃では5.9gしか溶けません。従って先に記載した種結晶を大きくする作業を繰り返す事で、理論的には20g近くの大きな結晶が出来る事になります。

まとめ

このミョウバン結晶を作る自由研究は、その原理である物質の溶解度は温度によって異なる点を理解させる事がポイントです。

この原理はミョウバンでなくても、砂糖や塩でも温度が高ければ溶ける量が増え、それを冷やすと下に砂糖や塩がとごる事でも理解させる事ができます。

従って、結晶と言う実験の産物はできませんが、例えば100gの水の温度と溶融する塩や砂糖の重量をグラフ化する事を自由研究とする事も可能です。

ただし大きな結晶が作れれば、非常に話題性がある自由研究となるので、親子でミョウバンの大きな結晶作りにチェレンジされる事がお勧めです。

honmura