きれいに育てよう～ミョウバンの結晶～

※2020年5月3日
結晶をさらに大きく育てたことを追記しました。

みなさん、こんにちは。MMです。

今回の記事の目的を、一言で言いましょう。

「ミョウバンの種結晶をきれいに育てる」ということです。

２０１８年・２０１９年。
２年続けて高学年の理科担当となったMMは、

「限られた時間で、いかにきれいな結晶を作るか」を、ひそかに研究してきました。その成果がある程度見えてきたので、紹介します。

※確実に大きな結晶が作れる保証をするものではありません。作る過程も、ひとつの勉強として、お楽しみください。

大まかな流れ

どのように作るか、大まかにいうと、

手順①、種結晶を作る（選ぶ）
手順②　６０℃のお湯にミョウバンを溶かす
手順③　ろ過する
手順④　ゆっくり冷ます
手順⑤　種結晶を入れる
手順⑥　一日（以上）待つ

と、なります。

「②～⑥」までの手順を、小学校の授業１時間でできるように想定しています。

注意事項

すべての手順において、気をつけてほしいことがあります。

★安全上のルール・ミョウバンを口に入れない。
・お湯は慎重にあつかう。（やけど防止）

「当たり前やろ」と思われるかもしれませんが、これは必ず守らせてください。お子さまに、はっきり伝えてください。

★きれいな結晶を育てるために
そして、きれいな結晶の邪魔になるものは、できるだけ避けなければなりません。

「ホコリ」と「手垢」です。

目的は、「種結晶をきれいに育てる」ことです。

ホコリや手垢は、それ自体が結晶のもとになってしまいます。
とかした水溶液に、ホコリがたくさん入っていると、ホコリに結晶ができ、種結晶の成長を妨げます。手垢も同様です。

ですから、
・準備物は、洗剤で洗い、すすいでおく。
（さらに、水道水でないミネラルウォーターですすぐと、塩素も除去できる。）
・手はきれいに洗っておく。
・ホコリを立てないようにする。（特に手順④以降）

ホコリ入りと、ホコリなしの結晶の出来の違いは、かなり大きいですよ😊

準備する物

写真にはありませんが、お湯(60℃のお湯300mLほど)が必要です。
溶かすのには150mL使います。
ポットでも、やかんでも、お湯をわかせるようにお願いします。

ア　ミョウバンについて

・ミョウバン２０～２５g
　これをお湯に溶かします。

・種結晶、割りばし、エナメル線
　手順⑤でこれを入れます。つけ方は次の章で紹介。

イ、手順②溶かす　で必要なもの

・クリアーコップ
　お湯を入れ、ミョウバンを溶かすための容器。
　代用品を探すなら、
　150mlをたくわえられること。
　外からの温度変化が伝わりやすいこと。が条件。

・クリアーコップより一回り大きいコップ
　ここにもお湯を入れ、クリアーコップを入れたままかき混ぜる。柔らかくない素材が良い。プラスチックでも陶器でもよい。

・計量カップ（お湯を量る）

・温度計（100℃用が良い、100均でも買えます）

・混ぜるためのスプーン
　できれば、細長いかき混ぜ棒のようなものが良い。
　箸ではかき混ぜにくい。

ウ、手順③ろ過～　で必要なもの

・コーヒードリップ
　100均で買えるもので良い。内側をきれいに洗っておく。

・コーヒーフィルター
　通常の目の粗さであれば、二枚重ねにした方が良い。

・プリンカップ
　75ml程度入る容器であれば、何でもよい。
　使う道具の中でも、特にきれいに洗っておくこと。
　透明な容器でなくてもよいが、観察はしにくくなる。

エ、手順⑤⑥種結晶を入れる～　で必要なもの

・箱
　写真は、不要になったプラスチックの引き出しを使っている。段ボールでも木箱でもよい。
　プリンカップに対し、この３つが達成できれば良い。
　〇ホコリをできる限り防ぐ。
　〇外気の温度変化を直に受けない。
　〇少し隙間が空けられる。
（密閉しすぎると蒸発が遅くなり、結晶のできるスピードも遅まる）

以上、たくさん書きましたが、
お家にあるものや、100均で買えるものでほとんどそろうでしょう。

手間のかからない、セット販売も行います。
　ミョウバン25g、(種結晶＋エナメル線)×２、完成した結晶１つ、
　割りばし、コーヒーフィルター
　これらのセット販売を行います。詳しくはこちらへ。

手順①種結晶を作る（選ぶ）…種結晶は、０から作る？
　

０から作る、そういう方法もあります。
ミョウバンを溶かす⇒エナメル線や糸をたらしておいて、そこにできた結晶のうち、形の良いものを選ぶ、というやり方。

MMはこのやり方は好きではありません。1日余計にかかってしまうので。
では、どうするか。

★きれいな種結晶の選び方
　
　市販の焼きミョウバンよりも、これを使った方が、きれいな結晶ができます。そして、このようなきれいな正八面体をした、小さな種結晶になれる粒も、中にあります。
　それを探し出します。直径は約3mm。十分です。

★垂らすための線は

　エナメル線を使います。
　先を5秒ほど熱して、すばやく種結晶にさせば、固定できます。（MMはこの作業を300回ほどやっているので、熟練してきました。）
　「糸に巻き付ける」という方法もあるようですが、こちらの方が外れる心配がなく、確実だと思います。

　ただし、子どもにやらせるのはちょっと怖いですね。
　授業でやるなら、大変ですが、先生の方で準備が必要でしょう。

（取り付けた状態でセット販売も可能です。DMください。）

手順②お湯に溶かす…６０℃が上限！上げすぎ禁物。

まず、お湯を300mL以上沸かしましょう。
完全に沸騰させる必要はありません。

60℃を目安に。感覚ではなく、温度計で確かめてください。
温度を上げすぎると、下がったときに不要な結晶が底に出てきてしまいます。

まず、外側のコップにお湯を入れます。量は適当。半分弱。
次に、計量カップで150mlをはかり、内側のコップに入れましょう。

すぐにかき混ぜ始めます。
この間も、やかん・ポットのお湯は保温しておいてください。
5分もすると、ぬるくなるので、外側のコップのお湯を捨てて、あたたかいお湯に入れかえましょう。
内側のコップのお湯（水溶液）が、50℃台に保てていれば、20～25gは溶けるはずです。

粒が見えなくなり、とけ切ったら、次の手順に進みます。

★どれくらい溶かすのが、ちょうどよいのか？
MMは理科が専門というわけではないので、この記事は実践のみを基にして書いています。
理論は、こちらのサイトに記載されています。
http://www2e.biglobe.ne.jp/shinzo/jikken/kessyo/kessyo.html

150mlに設定したのは、プリンカップ2つにちょうど良い量だから。

そこに、溶かそうと思えば、30g~35gでも溶けるでしょう。
しかし、それでは種結晶以外の余計な結晶が底に多くできてしまい、きれいに育たないのです。

MMの実践では、2020年4月現在「水150mlにミョウバン20～25g」というのがベストです。
20gの方が透明度の高い結晶ができやすく、25gの方が大きい結晶ができやすいです。（両立は、なかなか難しい...）

手順③ろ過する…ダブルフィルターだ！

とけきったら、そのままろ過に入りましょう。
おそらく、水溶液の温度は40℃台後半まで下がっていると思います。

ここで、学校では「ろ紙」を使うわけですが、
コーヒーフィルターは、ろ紙に比べると目が粗いです。

そこで、２枚重ねにすると、性能の良いフィルターになります。
ホコリや、目に見えない程度のミョウバンの粒とは、ここでおさらばです。

２つのプリンカップに、均等になるように入れましょう。

ろ過の後、ほこりが入ってしまうと、取り除くチャンスがありません。
気をつけましょう。

手順④ゆっくり冷ます…３５℃まで待つべし！

水溶液が、35℃を下回るまで待ちます。

室温が20℃以上あるなら、特に気にせず放置で良いでしょう。
10℃台であれば、先に箱に入れて、急激な温度変化を防いだ方がいいですね。

★急激に冷ましてしまうと..

底に余計な結晶ができます。
だからといって、35℃を待たずに種結晶を入れると、種結晶が溶けてしまいます。

手順⑤種結晶を入れる

そーっと入れましょう。
この時、エナメル線にできるだけ触れないこと。
手垢がついてしまいます。
種結晶が、カップ（水溶液）の真ん中に来るのがベスト。

手順⑥一日待つ…ホコリは、やはり敵だ！

箱に入れて、一日待ちます。
フタは必須。
プラスチックや木など、固いフタなら、ほんの少しずらす。
段ボール箱なら、ゆるめにテープで止める。

ほんの少しだけ、隙間ができるようにすると良いです。

とはいえ、何時間かおきに、様子は見たいですよね？

その時は、パサパサとほこりをたてないように注意。また、揺らすのも良くありません。できるだけ、そーっとしておきましょう。

完成！

そして、できあがると、、、

こんな感じです。
この写真は直径1cmほどですが、出来はいろいろ。
そう上手くいかない場合もあります。↓十人十色。

もし、底に結晶が多くたまっていたら、

①もう一度外側からあたためる
②底の結晶を溶かす。
③35℃まで冷ます。
④再びエナメル線つきの結晶を入れる。

いずれにしても、最初の3mmの種結晶よりは、確実に大きく、正八面体に近い結晶ができるのは、お分かりいただけると思います。

そして、カップの中に残っている水溶液は、次の「さらに育てると...」で使えます！

さらに育てると...

ここからさらに大きくすることは、できるのでしょうか。
日数はかかりますが、できます。

この、直径約1cmの結晶ができたところで、もう一日～二日は、そのままにしておきます。ほんの少し、大きくなるでしょう。

ここまできたら、結晶の形が崩れることはありません。
蒸発のスピードを上げた方が、育ちやすくなります。

ふたを外しましょう。

あとは、そのまま何日も待つだけです。
もし、水溶液が減ってきたら、１カップにまとめるなどして、結晶の体全体が水溶液に浸っている状態をキープしてください。

ここまで成長させることができました！

セット販売

上記の実験を、すぐに始められるように、ヤフオクでセット販売をします。

https://auctions.yahoo.co.jp/seller/mtmttaku

一般に売られているのは、この値段です。
・オキドキ実験キット ミョウバン大結晶　2200円＋送料

MMは、500円前後で販売しています。（送料・材料費の変動あり）

ミョウバン25g、(種結晶＋エナメル線)×２、完成した結晶１つ
割りばし、コーヒーフィルター

材料費、送料、種結晶取り付けの手間賃....それらを考えると、MMはほぼ無収入か、赤字かもしれないくらいです...

ただし、このセットを使い、この記事の通りにしたからと言って、確実に大きな結晶ができるという保証はできません。
代わりに、完成した直径1cm程度の結晶を一つプレゼントします。

好評であれば、増産します。
興味のある方は、こちらからどうぞ。

※この記事は追記する可能性があります。その都度、記事のトップに概要を記載します。

最後までお読みいただき、ありがとうございました。