溶解度の実験
先週下調べした通り、自由研究を実施中。
溶解度の温度差を利用して、結晶を作るという、時間がかかるだけできっとキレイになるんだろうな、というお手軽さ。
子ども発案とはいえ、そういう面で良いチョイスだったと思う。
その自由すぎる結末とは。
実験内容
100 mlのお湯に結晶つくりたいものを溶けるだけ溶かして、上澄みを１００均でいくつか買ってきた容器に移す。
結局対象にしたのは、以下。
- 塩 着色料あり・なし
- 砂糖 着色料あり・なし
- ミョウバン
- 重曹
- ヨーグルト
当初はコーヒーとか味噌とか考えていたけど、ミョウバン溶かしたあたりで、「これメッチャ溶けんじゃね？」と怖気づいた。
その容器に、割りばしに仕掛け糸を巻き付けて、糸部分を垂らす。
あとは放置。ざっと一週間ほど。
…一週間ほど？
…エアコンかからない部屋に？
だって、共働きで、仕事の日に、結果確認しながら片づけるなんてできないよー。
もう、とある条件については、お察しの結果でございます。
衝撃の結末
衝撃度が低い順に、発表。
重曹
容器に内側周辺に泡が付いた。
…地味だよ。
糸には、「ついてるかな？」レベルのダマが。
まぁ、失敗と言っていいくらいの変化のなさ。
砂糖
溶かしたのは400 gくらい。
引くほど溶けた。
面白いくらい水に消えていって、ちょっとずつ水の粘度が上がっていく。
実験する前は、溶解度の差が一番大きいから、一番結晶が出るのかな？と思ったけど。
そんな結果にはならなかった。
結晶というか、上澄み液が丸ごと固まった。
振ると揺れるから液体なのかもしれない。
なるほど、溶解度の差が大きいのに、溶かしすぎたか。
一方、着色料の方は実験の仕方が悪かったのか、ろくに固まらない。
一回上澄み取った後、残った砂糖にお湯と着色料を入れて、しばらくかき回してから上澄みをIN。
あんま溶けてなかったのかもしれない？
塩
一番成功。
溶解度の差が小さいから、一番ダメだろうと思っていたのだけれど。
むしろ少しずつ結晶が出てくるから、核が成長しやすいのかもしれない？
糸から容器の底につながった、キレイな結果。
あと、今回の実験では、一番の要素は温度低下でなくて、蒸発による水の減少なのかも。
であれば、溶解度が少しの差の方が、結晶が大きくなりやすいのかな。
容器上側についているものは、容器の外側に塩がついている。
なんでだ？
着色料の方はうまくいってない。
やり方は砂糖と同じだからかな。
色が濃くて中が見えず、よくわからない。
ミョウバン
一番意外な結果。
砂糖ほどではないが、塩よりも溶けて、買ってきた一袋が全部溶けた。
飽和もせず、全部液体の状態。
それをまるごと容器に移した。
結果は、一番水分が飛んだ、というのと、塩と同じく、容器の外側に向けて結晶が生えた。
まず、水分が飛んだ点について考察。
ちなみに、面倒でWebなんて見てないから、想像。
ミョウバンを溶かすときの注意事項に、ミョウバンに水を入れるのではなくて、水にミョウバンを入れろと注意があり、溶かしているときに少し熱が出ていた。
多分、硫酸と同じ仕組みなんだろう。
水に溶けやすく、水に溶けるときに熱がでる。
だから、冷めるのが遅かった。
結晶ができる分と再度溶ける分とは平衡になるから、熱はずっと保たれていたんだろう。
なので、他のものに比べて、水温が高い状態で保持されただろう。
だから蒸発量が多かったはず。まず、これが１つ目の理由。
他に、なんというか、固体が水を吸っているような体積の膨れ方をしていた。
ミョウバンの結晶中に、水分子を閉じ込めるような作用がある？
そうすると水分子は切り離されていくから、見た目、水分が飛んだ？
これが２つ目の理由かもしれないけど、自信はあまりない。
１つ目の理由だけで十分説明できそう。
まぁ、水分が飛んだ方はまだいい。
それよりも衝撃的なのは。
なんで、外にこぼれるほど、容器の淵に結晶ができたの？
容器に移してからは、かき回したりはしていないから、そもそも淵に水は触れていないはず。
しかも、片側に偏って。
適当に余った割り箸さしていたら、上の方にもついているし。
うーん？
割り箸の方は、毛細管現象以外には考えられない。
ティッシュに水吸わせるときとかのアレ。
棒の細かな隙間の中に水がしみていって、重力と釣り合うところまで登って、そこで水が飛んでミョウバンが出てきたんだろう。
容器の方は？
割り箸を掛けているところからならともかく、なぜ何もないところからこんな…。
仮説１。
蒸発した水蒸気が容器の淵で水になって、そこからミョウバンが結晶化した。
いや、蒸発した水蒸気中にミョウバンは溶けてないか。
何言ってんだ。
仮説２。
容器に水滴がついていて、その水が垂れた筋に、ミョウバンの溶けた水が混ざった。
そもそも水滴がついていたようには思えないけど、上に登るならこれか？
…登った？
そうか、容器に水を移すときや、容器を運ぶとき等で揺れないことはあり得ないから、一部には水面より高いところにミョウバンの溶けた水がついたはずだ。
おそらく、そこの部分の水は量が少なくてすぐ乾くから、速めにミョウバンが出てくるはず。
そうするとそこへ水面からミョウバンの溶けた水がしみこんできて、登る。
その水からまたミョウバンが出てくるときには、写真から見てもいろいろな方向に出てきている。
だから少し上部にも出ただろう。
そこに向けてまた水がしみこんで、と繰り返されて、少しずつ上に登る。
一応、筋は通るか？
あんまり途中経過見てなかったけど。
気がついたら周りについちゃってたから。
溶解しきれなくなる分が多い方が、この現象は進みそうだから、ミョウバンの方が塩よりも淵につく量が多くなるだろうな。
あと、溶解度の差が一番大きい砂糖でこの現象が起きなかったことと比較すると、ミョウバンの密度が軽いとかそこまで粘度が大きくないとかじゃないだろうか？
それなら、上にも進みやすいだろう。
砂糖水の方は重くて、上にしみ込めず、そのまま固まったんじゃないかな。
ということでググろうとしたけど、なんて検索したらいいかわからねぇ…。
答え合わせできないのは気持ち悪いけど、考えるのは楽しかったからいいか。
さぁ、子どもたちは何を考えるかな？
自由すぎる結末に、自由すぎるイノベーティブな考察を与えて欲しいな。
ヨーグルト
予想はついたけど、一番衝撃的な見た目の結末。
カビた。
ちなみに青い。
写真は省略。
途中経過として、一切結晶化なんてしなかった。
単に、分離していただけ。
ただ、お湯にとかしたときは、結構さらさらまでいったはず。
それが、ドロドロにはなった。
…これは、単に水分が飛んだだけかな？
感想
溶解度の実験というだけでも、なかなかどうして時間を掛ければ面白い結果が出るなー。
本当に結晶を作るなら、種結晶とかを用意した上でやるみたいだけど。
二男くんはこの結果をまとめて、少し考えて終わり。
長男くんは出来た結晶を少し削って、顕微鏡でスケッチしようかな。
裏の目的は、前期に習った顕微鏡の使い方の復習ですからね？
…あぁ、やだやだ。受験のことしか考えてないパパはうざったいなー。
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