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結晶

結晶

出典: Wikipedia
一般小学生

まとめ

解説

物質が一定量の溶媒(水など)に溶ける限界の量を「溶解度」と呼びます。多くの固体物質は、温度が高くなるほど溶解度が増加しますが、その変化の度合いは物質によって大きく異なります。

例えば、ホウ酸や硝酸カリウムは温度による溶解度の変化が非常に大きいため、高温の飽和水溶液を冷却することで、溶けきれなくなった分を効率よく結晶として取り出すことができます。この操作を「再結晶」と呼びます。一方、食塩(塩化ナトリウム)のように温度による溶解度の変化が極めて小さい物質の場合は、冷却してもほとんど結晶が出てこないため、加熱して溶媒を蒸発させることで結晶を析出させる手法が適しています。

結晶の形状は、その物質を構成する粒子の並び方に依存しており、顕微鏡などで観察すると物質を特定する手がかりにもなります。硫酸銅であれば青色の平行四辺形のような形、ミョウバンであれば正八面体といった、美しい規則性を見ることができます。

コラム

溶解度の差を利用することで、複数の物質が混ざった状態から特定の成分を分離することが可能です。例えば、ホウ酸と食塩の混合物からホウ酸のみを取り出す場合、一度高温の水にすべて溶かしてから冷却し、析出したホウ酸を「ろ過」によって分ける操作が行われます。

また、歴史的には日本初の女性化学者である黒田チカが、天然色素の構造研究において結晶化の技術を駆使し、その成分を解明したことでも知られています。結晶は単なる固体の塊ではなく、物質の純度を高めたり、その性質を特定したりするための重要な研究対象なのです。

小学生のみなさんへ

みなさんは、食塩やお砂糖のつぶを近くで見たことがありますか?よく見ると、決まった規則正しい形をしています。このように、物質が規則正しい形をした固体のつぶになったものを「結晶けっしょう」と呼びます。

水に溶けている物質は、水の温度を下げたり、水を蒸発じょうはつさせて減らしたりすると、溶けきれなくなって外に出てきます。このとき、バラバラに出てくるのではなく、その物質ごとに決まった形になって現れます。たとえば、食塩はサイコロのような立方体、ホウ酸は平らな六角形のような形をしています。

理科の実験では、この性質を使って、混ざっているものから特定の物質だけを取り出す「再結晶さいけっしょう」という方法を学びます。顕微鏡でのぞくと、まるで宝石のようにキラキラして見えるのも結晶の大きな特徴です。

ルラスタコラム

冬に空から降ってくる「雪の結晶」も、実は水が凍って規則正しい形になったものです。気温湿度のちがいによって、六角形の板のような形や、きれいな枝分かれをした形など、さまざまな姿を見せてくれます。自然がつくる芸術作品とも言えますね。

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