まとめ
【定義】
固体物質を溶媒に溶解させた後、溶液の温度を下げたり溶媒を蒸発させたりすることで、溶けている物質を再び固体として取り出す操作。
学習の要点
- 重要語句:溶質、溶媒、飽和水溶液、溶解度、析出
- 用語の意義:物質ごとに異なる「温度による溶解度の変化」を利用して、純度の高い物質を分離・精製する手法。
解説
物質が一定量の水に溶けることのできる最大量を溶解度という。溶解度は物質の種類や水の温度によって決まっており、一般に多くの固体物質は温度が高くなるほど溶解度が高くなる。
再結晶は、この溶解度の差を利用した操作である。具体的には、高温の水に物質を限界(飽和状態)まで溶かした後、その水溶液を冷却する。すると、温度が下がるにつれて溶解度が減少するため、溶けきれなくなった分の物質が固体となって現れる。これを「析出」と呼ぶ。
物質によって溶解度の変化には特徴がある。例えばホウ酸は、温度が上がると溶ける量が大きく増えるため、冷却による再結晶で効率よく取り出すことができる。一方、食塩(塩化ナトリウム)は温度が変化しても溶解度がほとんど変わらないため、冷却ではなく水を蒸発させることで再結晶させるのが一般的である。
計算問題においては、溶解度表の数値を用い、特定の温度で溶けている量から冷却後の溶解度を差し引くことで、析出する結晶の量を求める問題が頻出する。
補足
再結晶を行う際、不純物が混ざっている混合物から目的の物質だけを取り出すことができる。これは、少量の不純物であれば冷却しても溶解度を下回ったまま(溶けたまま)の状態を維持しやすいためである。
参照: 学習指導要領準拠資料
小学生のみなさんへ
水に溶けて見えなくなった物質を、もう一度つぶ(固体)として取り出すことを「再結晶(さいけっしょう)」といいます。
物質には、水の温度によって「溶けることができる量」が決まっています。この決まった量を「溶解度(ようかいど)」と呼びます。
ホウ酸のように、お湯にはたくさん溶けるけれど冷たい水にはあまり溶けない物質は、水溶液の温度を下げることで、溶けきれなくなった分を結晶として取り出すことができます。
反対に、食塩のように温度を変えても溶ける量があまり変わらない物質の場合は、水を蒸発(じょうはつ)させて、水の量を減らすことで結晶を取り出します。
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