結晶作りは自由研究の定番中の定番。
「放っておいてもできる実験」で人気もあります。
でも、放置系の実験を❝自由研究❞の域にまで持って行くのは意外と大変。
やることが少ないので、「これだけじゃ足りないかも」「上手にまとまらない」など収集がつかなくなるのは在りがちなケースです。
テーマがかぶりやすいので、人との差別化も必要ですね。
そこで、小学校・中学校の教科書に精通した当サイト管理人 Uni が、好評の自由研究ネタを新たにご紹介！！
今回は「仕掛けるだけ」で誰でも簡単に結晶を作れる実験と、そのレベルアップ編を同時に公開！
小学校低学年から中学生まで、同じテーマでも 自分に合った難易度で取り組めますよ～
ほったらかしの実験に取り組むにあたって
「ほったらかし実験」を自由研究❝らしく❞するのに、一番重要なのは実験前です。
とにかくしっかりと❝予想を立てること❞！
これが自由研究の明暗を分けます。
でも、
- ○○になると思う。
というのは、NG。良い予想とは、
- △△を見たことがあるから（知っているから／習ったから）○○になると思う。
…のように、自分の知見や経験による根拠の上に立てられた仮説です。
その仮説を立証する手段が本来の実験の姿なのです。
自由研究が失敗する人は、この❝仮説を実験で確かめる❞という骨組みが抜けているケースが多々見られます。
逆に言うと、この骨組みさえ成立していれば、実験が失敗に終わっても自由研究としては成功するものです。
ですから、すぐに実験を始めるのではなく、「何を確かめたいのか」「なぜその手順で実験するのか」を意識し、根拠と共に予想することが第一歩です。
今回紹介する実験は低学年から高学年、中学生までできる内容です。
材料も身近なものばかり。
ですが、実験へのアプローチは小学校低学年だと自力では難しい部分。
ぜひ保護者の方が「なぜそう思ったの？」と考えを深めてあげてください。
それが、子どもの❝考える力❞を育むきっかけになるはずです。
今回、実験手順を細かく紹介しています。
読み終えたらぜひお子さんと一緒に「なぜこの手順・方法なのか」を考えてみてください。
それが❝予想❞や❝考察❞への第一歩です。
なお、今回も実験に関連した内容を何年生で習うのか、文部科学省の学習指導要領に基づき紹介していきます。
その学年の標準的な知識力・理解力の目安になるので(^-^)
ただ、同じ学年でも教科書や先生によって学ぶ時期に違いがあります。
対象学年でも自由研究を行う段階では習っていない可能性があるわけです。
確実に既習に基づいて実験したいなら、学習する学年よりも上級生で…となります。
逆に、学習内容を先取りしたい、自由研究をそれ以降の学習に活かしたい…のであれば、ガンガン実験しちゃうことをおすすめします。
学校での実験は時間が限られるので全員が実験に関われるとは限りませんし、理解のスピードもバラバラですからね。
なお、自由研究を簡単にレベルアップできるコツや、当サイトのテーマ選びのポイントはこちらの記事で紹介していますので、併せてご覧ください。
その他、学年別アイデアや短時間系のテーマはこちらをご覧ください↓
自由研究アイデア集 | 世界で1つのワガママ旅へ (uni-voyage.com)
授業内容との関わりと原理
この写真、なんだと思いますか？
実はキッチンにある材料の結晶…左の立方体が食塩、右の六角形がミョウバンです。
ただし、このミョウバンはある意味で失敗作…成功例は後述しますｗ
でも、どちらもキレイですよね！宝石みたい♪
これが放置だけでできるので、私はついつい作っちゃいます（写真の結晶もついｗ）。
遊び感覚でできる実験ですが、これが学校の授業とどう関わっているかを押さえておくと、実験の予想をたてるときに役立つので紹介しておきますね。
【 学校で習う内容との関わり 】
- 小学4年生「天気の様子」「水の3つのすがた」
- 小学5年生「ものの溶け方」
- 中学生「水溶液の性質」（溶解度曲線と再結晶）
内容が最も近いのは5年生の「ものの溶け方」。
同じ量の水に溶ける量は物質によって異なることを学びます。
さらに、溶けた物質は水溶液中に存在していること、どうしたら溶けた物質を取り出せるのか（教科書では蒸発と冷却）を実験で確かめます。
これを理論的に捉えるのが中学生の「溶解度」と温度の関係、および「飽和溶液」です。
本記事の最後に資料として溶解度を載せておきますね。
検索すれば調べられますが、溶解度の単位が「水100ｇあたり○○ｇ」だったり「質量％」だったりするので注意！
でも小学生は理解できなくても大丈夫！
この実験は直感的に理解できる内容です。
結晶を作る理屈だけなら1年生でも大丈夫！
なぜなら、温めた方が砂糖が早くたくさん溶けること、濡れた洗濯物が乾くこと、コップの底に残ったジュースが乾くこと…を誰もが経験的に知っているからです。
ちなみに、4年生は「天気の様子」の単元で水たまりの水が蒸発することから❝自然蒸発❞を、「水の3つのすがた」では空気中で水蒸気として存在することを学びます。
ですから、洗濯物が乾くといった経験をもとに、水溶液を放置したら水分が蒸発し、中にあった（＝溶けていた）物質が現われることを納得できれば第一歩はOKです。
以上が学校で扱う範囲。
この現象の原理・理由をかっこよく、アカデミックに表現すると
によって洗濯物が乾いたり、ジュースから固形物が出てきたりする…ことなります。
そして、もう一つ、結晶作りに欠かせない原理が、
です。
これは「はちみつ」を置いておくと寒い時期に下の方に塊ができる現象。
底にできた❝白くジャリジャリしたもの❞は、糖分の結晶なんです。
つまり、「溶媒蒸発法」のように溶液を濃縮しなくても、温度が下がるだけで溶けていられなくなる物質…すなわち溶解度が温度によって大きく異なる物質には「温度降下法」でも結晶を作れることになります。
大きさや形のキレイさは別問題ですが、小学校5年生の水溶液を冷却して物質を取り出す実験も「温度降下法」を利用しているわけ。
自由研究では「蒸発（溶媒蒸発）」「冷却（温度降下）」や「溶解度」「飽和溶液」などを自分の言葉で解説すると、理解が深まり予想が立てやすくなりますよ。
基本の実験の準備
まずは基本の実験の準備。
次の物があれば大丈夫！
【基本の実験器具・材料】
ミョウバンは化学的には「硫酸カリウムアルミニウム：KAl(SO４)2」といい、水分子が付いた「生ミョウバン」と、付いてない「焼きミョウバン」の2種類があります。
自由研究に物質名や化学式を載せるとハクが付きますね～！
ミョウバンは薬品ですが消臭や掃除に使ったり、漬物に入れると色がきれいに仕上がるため食品添加物でもあります。
どちらでも良いですが、特徴が異なるので注意してくださいね。
おすすめは、以下の理由で「生ミョウバン」です！
【生ミョウバン】
硫酸カリウムアルミニウム12水和物
KAl(SO４)2・12H2O
水に溶けやすいので作業が楽。
取り扱いが少ないので、ネット購入がおすすめ。
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【 焼きミョウバン 】
硫酸カリウムアルミニウム
KAl(SO４)2
生ミョウバンに比べると溶けにくい。
薬局・ドラッグストアで掃除・消臭用として、またスーパーマーケットでも売られていることが多い。
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温度計があるとデータ作りに役立ちますが、結晶を作るだけならなくても大丈夫。
保護者の方がお湯に触って「熱い！！」って手を引っ込めるくらいに温まっていれば50～60℃の目安です。
（↑乱暴な方法ですｗ火傷注意！ 肌の弱い方は温度計を使ってください）
はじめは熱く感じても、ずっと手を入れられるなら40℃台の可能性が高いと思います。
実験方法①：基本編
今回は非常にズボラでお手軽な方法を紹介します♪
精度の高い実験をしたい人は補足説明のやり方をどうぞｗ
大切なのは写真をたくさん撮っておくこと！
一気に終わらせたい人は、食塩とミョウバンを同時進行させてください。
食塩とミョウバンの溶け方の違いや、何回ろ過したかなど、データや気付いたことを写真と共に記録しておきましょう。
食塩で説明していきますが、ミョウバンも同じやり方で実験できますよ。
- 水（または精製水）を60℃くらいまで温める。
加温は、よく洗った耐熱容器に水だけを入れて電子レンジでチンする方法がおすすめ。
コンロを使う場合、鍋は良く洗浄すること。
電気ポットの湯はポット内に付着したカルキ分が混入するので注意。 - 洗ったカップに温めた湯（50～60℃をキープ）を一定量（例：100g）入れる。
- ②に食塩を少しずつ入れ、スプーンなどでかき混ぜながら溶け残りが出るまで入れる。
このとき、何g入れたか量っておくと良い。 - しばらく放置して、溶け残りが完全に沈殿したら「上澄み(＝飽和溶液)」だけを別のカップにとる。
（または、コーヒーフィルターを使ってろ過した「ろ液」を使う。） - ④の「上澄み液」または「ろ液」の入ったカップにふんわりとラップをかける。
ゴミの混入防止。蒸発できるように隙間を作る。 - ⑤のカップをタオルで覆い、振動のないところで液温をゆっくりと室温まで下げる。
ラップが密着しないように注意。 - 温度が室温まで下がったらタオルを外し、引き続きラップを被せたカップを静置して、時々様子を見る。
- できた結晶の中から形の整ったもの（＝種になるもの）を複数選び、取り出す。
新しいカップを用意して「上澄み（またはろ過してろ液）」だけを入れ、取り出した核を間隔を空けて戻し、再び静置する。
（画像はミョウバン）
- ⑧を繰り返し行う。
液が足りなくなったら終了でも良いが、①～④を行い、液を追加しても良い。 - ほど良いところで完成（笑）！
きれいな結晶を半紙や新聞紙に取り出して、乾燥させよう。
分かりやすくキレイ
写真を撮るときは濃い色の紙に置くと、結晶の美しさが際立つのでおすすめ。
さてザックリでも結晶はできますが、うまく作るにはコツがあります。
③で物質を溶解させている間に、湯の温度が下がってしまいます。
前述の通り、溶ける量が温度によって変化する物質があるので、水温を50～60℃に保つことが必要です。
特にミョウバンは温度が下がるとせっかく溶かしたものが析出してしまいます。
前述の「温度降下法」だけでも小さな結晶ができますが、大きく育てるには弊害に。
そのため、時々温度計を入れて水温を確認しましょう。
温度が下がるなら湯煎して50～60℃を保ち、溶け残りが出るまで攪拌しながら追加してください。
また、③で使用した食塩量を量るには、
- 使う前と使用後の量を量って、引き算して求める。
- キッチンスケールがない場合は、小さじを使い「すり切り○杯」と数える。
方法があります。
さらに注意したいのは、⑥で急激に液温が下がってしまうこと。
細かい結晶ばかりで、大きな結晶に育てるための❝種（核）❞ができません。
タオルでくるめばゆっくりと温度を降下できます。
くるみ方を変えて工夫するのも良いでしょう。
また、⑤で被せるラップは必ず隙間を作ってください。
静置している間（⑧や⑨）に中の水分が自然に蒸発することで水溶液の濃度が高まっていきます。
濃度の高まりにより溶けきれなくなった食塩が析出することで結晶ができるので、水蒸気の逃げ道をラップでふさがないようにしましょう(溶媒蒸発法）。
ラップがなくても結晶はできますが、落下した空気中のホコリが核になって小さな結晶ばかり生じることがあります。
隙間ができるように被せるのがベストです。
こうしてできたのがこちらの結晶。
食塩は横から見ると立方体（正六面体）であることがわかりますね。
写真はこのように角度を変えて撮っておくのがおすすめです。
食塩の結晶は立方体のほか、フレーク状や雪の結晶状のものが水面や容器の壁に付着することもあります。
中には針のように細長い結晶が沈殿していることもあるので、よーく探してみてくださいね。
一方、ミョウバンの結晶で簡単にできるのは六角形バージョン。
カップの底面に接しているとこの形が生じやすいです。
たまに底面でも画像のような八面体の半欠け（＝ピラミッド型の四角錐）ができるので、探してみてください♪
実験方法②：八面体のミョウバン結晶に挑戦
小さめの結晶は基本の実験方法で誰でも簡単に作れますが、❝大型の単結晶❞に挑戦するのはどうでしょう？
実はちょっとした仕掛けだけで、自由研究をブラッシュアップできるんです。
食塩でも同じ方法で大きな単結晶を作れますが、面白いのは断然ミョウバン！
基本の実験の⑧で、種を取り出して飽和溶液中にぶら下げておくと八面体の結晶ができあがるんです。
「糸で縛って吊るす」のが常套手段ですが、実際にやると糸を結ぶのは至難の業！
そこで、おすすめしたいのが「銅線に刺す」方法です。
まず、銅線を割り箸にくくりつけ、反対側の先端が溶液の中心やや下にぶら下がる程度の長さで切ります。
この銅線の先端をライターの火で赤くなるまで熱し（やけどと火事に注意）、種にしたい結晶に押し付けます。
結晶は乾燥させたものを使い、金属製のピンセットで固定しましょう。
火傷に気をつけて指で持ってもOKです。
すると、熱で結晶が溶け、銅線が少し刺さります。
冷めて固まるまで待ちましょう。
あとは基本の実験の手順⑨以降を行えばOKです。
静かに飽和溶液に漬けて、様子を見守りましょう。
放置している間に液面が下がってしまうので、結晶は溶液の中央より下にぶら下げるのが鉄則です。
銅線のかわりに針金を使っても大丈夫ですよ。
太さは種結晶のサイズに合わせて使いましょう。
Uni が使用したのは、子どもが学校で購入した電磁石キットの残り。
コイル（エナメル線）の端っこを失敬しましたｗ（0.7ミリです）。
最近多い❝ビニル銅線❞の場合は、そのまま焼くと臭いので、先端だけ剥いて使いましょう。
銅線の刺し方が弱いと途中で落下しちゃうので、いくつか作っておくのがおすすめですよ。
そして…7日後、こうなりました↓↓↓
驚きの美しさ！
種結晶を静置してからわずか1週間で、1辺2cm弱、横幅4㎝弱まで育てることができました。
種結晶を吊るすことさえできれば、意外と簡単に正八面体の結晶を作成することは可能ですよ。
もっと大きく育てるには、冷却・蒸発の条件や期間を変えてチャレンジしてみてくださいね！！
【学年別】実験を応用・発展させる方法やアイディア
実験自体は時々手を掛けるだけの❝放置系❞。
でも、実はいくつものポイントをクリアして、実験の条件を整えています。
逆に言うと、この条件を変えれば、別の実験（検証）が行えるわけ。
そこで！
条件の難易度を変えて、学年別の実験を提案します！
興味があれば学年に関わらず挑戦してくださいね。
基本の実験と組み合わせれば、自由研究の内容もレベルもぐんとアップ。
ぜひトライしてみて！
低学年編①：結晶でオブジェを作る
食塩でもミョウバンでも作れます。
「自分だけで最初から最後まで実験したい！」という頑張り屋のキッズには、食塩がおすすめ。
食塩の溶解度は温度に左右されないので、加温不要だからです。
常温の水にひたすら溶かし、放置しておけばできますよ。
一人できれいな結晶が作れたら達成感も得られますね♪
では、原理と実験方法です。
前述の「基本の実験」手順で、作った水溶液を静置する際にラップを被せましたね。
これは空気中を舞っているホコリが落下すると、それを核にして小さな結晶がたくさんできてしまうことを防ぐことが目的でした。
逆に言うと、核になるものがあれば、それを中心に結晶が育っていくわけです。
そこで、市販のモールで形を作り、モールの毛（？）1本1本を核にして結晶を作ってみましょう。
ハート型や星型など好きな形に整えて割りばしにくくりつけ、食塩水の飽和溶液にぶら下げておけばOK（実験方法②の項参照）。
白い結晶に覆われるので、モールは濃いめの色の方がキレイですよ。
また、キレイな立方体の結晶だけを付着させるには❝結晶を育てる❞ことも必要。
不揃いな結晶を取り除いてから再び飽和溶液に戻したり、後述する中学年の実験と組み合わせたりして工夫すると、研究の幅が膨らみますよ。
低学年編②：海水から食塩を取り出す
海に行く機会があったら海水を持ち帰り、基本の実験④以降の手順で放置してみましょう。
この実験では前述の方法の手順③「溶け残りが出るまで食塩を溶かしていく」の必要はありません。
実験の原理は「溶媒蒸発法」となります。
では、どれくらい蒸発すれば結晶が現われるのでしょうか。
本実験を濃度計算ができる高学年がやるなら、次の計算を自分で行うことで予想や考察が深まり、研究らしくなりますよ。
食塩の溶解度は20℃のとき37.8ｇです。
…すなわち、20℃の水100ｇに食塩37.8ｇまで溶かせます（理論値）。
したがって、溶解度に達している食塩水の食塩濃度は、
37.8÷（100+37.8）×100＝27.4％
と計算できます。
一方、海水の塩分濃度（NaCl以外の塩分も含む）は約3.4％。
結晶ができる濃度になるには大部分の水分を蒸発させなければなりません。
夏の炎天下なら早く蒸発すると思いますが、時短するなら殺菌を兼ねて海水を煮詰めるのも一法です。
煮詰める場合、途中で鍋に付いた白い物質は食塩ではないので、そのまま続けてOKです。
終わったら速やかに鍋を洗ってくださいね。
9分の1くらいまで煮詰めたら、コーヒーフィルターでろ過しましょう。
海水中のプランクトンやゴミが結晶の核になってしまうからです。
ろ液を放置して結晶が出てくれば、食塩が海水に含まれていることの証明になります。
前述のように、食塩の結晶もミョウバンのように条件によって形が変わってきます。
どんな形で現れるか、楽しみですね。
もし違う形だったら、海水から基本の実験と同じような立方体にするにはどうすれば良いでしょうか？
多学年の方法にヒントがあるので実践してみてもいいし、実験しなくても「ここを改良すれば立方体になるんじゃないか」という考えを理由とともに書けば、立派な考察が出来上がります。
来年の課題にしてもいいですね。
また、さらに発展させたい場合は、「食塩の作り方」を調べ学習してみるのもおすすめです。
食塩の作り方である昔ながらの「塩田法」や「立窯法」は今回紹介した方法と原理は同じ。
少し難しいですが、イオンの透過性を利用して濃縮する方法などもあります。
海に囲まれた日本は、古来より各地で塩を作ってきました。
生命維持に欠かせない大切な塩だからこそ「敵に塩を送る」という諺も生まれたわけですね。
食卓に欠かせない食塩について掘り下げてみるのも面白いですよ。
食塩については、
塩のつくり方 | 塩百科 | 公益財団法人塩事業センター (shiojigyo.com)
がわかりやすくおすすめです。活用してくださいね。
中学年編①：温度条件を変えてみる
5年生の多くの教科書で扱う「ミョウバン」には❝温度が高いほど多く溶ける❞という特徴があります。
今回の実験では50～60℃でミョウバンを溶かしましたが、このとき溶ける量は20℃の4～5倍！（記事末尾参照）
また、溶液の温度が下がってくると、60℃のときは溶けていられたミョウバンが、溶けていられなくなって現れてきます。
これが結晶でしたね。
結晶は何かを核（中心）にして形が作られるため、温度が下がることで現れた結晶が核となり、大きな結晶へと成長してくわけです。
結晶を核として更に大きな結晶に育てるには、その周りに結晶の❝続き❞が作られなければなりません。
そして、結晶の続き（物質の分子がきれいに並び続けること）を作るには、温度をゆっくりと低下させることが重要なのです。
だから、実験方法の手順⑥でタオルでくるみ、急激に温度が変化しないように工夫したわけなんです。
実際に大きくするには、放置して❝溶媒蒸発法❞で濃度が徐々に高まることも重要ですが、その種を得る過程⑥でゆっくり温度を下げると正八面体の小さい結晶が得られるのです。
溶媒蒸発法では核となる種結晶の形の通りに大きく育っていきますから、形の整った種結晶が得られる手順⑥のタオルには大切な役割があったわけ。
それなら逆に急激に温度を下げた実験も行い、結晶のでき方の違いを調べれば「大きな結晶ができる条件」の研究もできることになります。
タオルにくるまない、冷蔵庫や氷水に入れる…のも良いでしょう。
反対にもっとゆっくり温度を下げたらどうなるのかな？
発泡スチロールに入れたり湯煎したりするのもいいですね。
できれば温度計を挿しっぱなし（揺れないように固定）にして、温度の下がり方と容器の底の様子も記録を取っておきましょう。
いろいろ試せますね。
ただし、振動があると結晶ができにくい（分子が並べない）ので、仕掛けたら静置してくださいね。
一方、食塩は温度条件を変えても結晶の出方にミョウバンほどの違いは見られません。
なぜでしょうか？
ヒントは溶解度と温度の関係で結晶が析出する「温度降下法」が食塩に適切かどうか…です。
（溶解度は記事末尾参照）
ミョウバンと一緒に食塩も仕掛けると実験結果の対比ができるので、考察が書きやすくなります。
実験1つだとまとまりにくい自由研究も、複数の実験の結果を照らし合わせれば、深くてまとまりのある研究に仕上がりますよ。
中学年編②：色付きの結晶を作る
本当は全学年におすすめしたいのがコレ。
キレイなので作り甲斐がありますよ～。
手軽に作るなら、食塩がおすすめ。
食塩の色付き結晶なら、放置する前の溶液に色素を入れ、自然蒸発させるだけ（溶媒蒸発法）でできます。
極端な話、加温に関わらず溶ける量に違いはないので、常温の水でもOK。
子どもだけでも可能ですね。
問題は「何を使って色をつけるか」という点。
結晶に色素を取り込ませ、かつ、不必要に結晶の核にならない色素が理想ですね。
色を付ける材料の適・不適を探すことをテーマに、実験してみましょう。
色素には、
- 水に溶けるもの：水溶性色素
- 水に溶けにくいもの：不溶性色素
があり、水溶性色素がおすすめです。
（あえて不溶性色素で実験してみるのもアリ。）
食用色素は溶けやすく発色がキレイなので、ぜひ挑戦して。
水性絵の具は水に溶けますが、中には顔料（色の素の粒）が含まれています。
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色素の組成によっては食塩水に溶かすと❝凝析❞という現象を起こし、沈殿物を生成することがあります。
そのため、食用色素も水性絵の具も色によって結晶の着色に対する適・不適が異なるので、いろんな色を試すのがおすすめです。
もし、熱帯魚などに使う魚病薬の❝メチレンブルー❞があれば試してみて！
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ペットショップでも売っています。
別の成分が混ざっていないものを買って下さいね。
また、色素は大人の目の届くところで取り扱いましょう。
さて、色付きの結晶を作るポイントは、色素と食塩（またはミョウバン）を溶かして静置した後の上澄みを使って放置すること。
ろ過しても良いですが、中には色素も取り除かれてろ液が透明になってしまう場合もあるので注意です（これも敢えて挑戦してみるのもあり）。
また、「基本の実験」でできた小さな結晶を種として、色付きの飽和水溶液の上澄み液に入れると早くキレイに成長するのでおすすめの方法です。
どのくらいの色素量が適当だったか、結晶に取り込まれやすい色素の種類や色は何だったか、なぜそうなったのか…を考えてみましょう。
また、色素が取り込まれたのは結晶のどの部分でしょうか？
結晶ができる過程を振り返り、理由を考えてくださいね。
色素の組成は、メーカーの公式サイトを見ると詳細がわかることが多いです。
盛り込むと、質の高い自由研究になりますよ。
さらに発展させたい人は、前項の「温度条件を変えてみる」をやってみましょう。
結晶は分子がキレイに並んだ状態です。
ゆっくり温度を下げたり濃度をあげたりすると結晶が大きく育つのは、不純物を排除する時間があるので分子がきれいに整列できるからです。
色素は結晶にとっては不純物ですから、より多くの色素を取り込ませるにはどうしたら良いのでしょうか。
色素の濃度を一定にして、温度などの条件を変えて結晶を作ってみると、おもしろいかもしれませんね。
データと写真を取りながら結晶が染まっていく過程を追うと、読み応えのある自由研究ができますよ。
高学年・中学生編①：他の物質の結晶を作ってみる
食塩やミョウバン以外でも結晶を作れるので、挑戦してみてはいかが？
比較的簡単に取り組める順にあげていくと、
- 砂糖（上白糖）
ショ糖（C12H22O11）が主成分 - ホウ砂（ほうしゃ）
Na2B4O5(OH)4・8H2O - 尿素
CH4N2O
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キッチンの常備品「砂糖（上白糖）」は最も入手が容易です。
実験にはグラニュー糖が適していますが、上白糖でもOK！
ただし、砂糖の仲間は溶解度が非常に高く、100ｇ（=100ml）の水に20℃でも200ｇ程度溶かせます。
今回は加熱するので300ｇ使用するため、1袋用意してください。
さて、実験するには100ｇの水をきれいな鍋に入れ、沸騰したら上白糖を半分加えてよく混ぜます。
鍋の底に泡ができてきたら火を止め（焦がさない）、残りの上白糖を全部入れ、完全に溶かします。
カラメルソースを作っているみたいな良い香りがしますよ(^-^)
溶かした液を耐熱容器に入れ（熱いので注意！）、しばらく置いて液が透明になるまで冷まします。
ここに【低学年編①】のように形を作ったモールを入れましょう。
大きな結晶が析出してしまっている場合は濃度が下がってしまっているので、再溶解します。
もし、粒々の結晶がモールに付着せず底に大きな塊ができてしまうときは、人為的に種結晶を付けちゃいましょう。
モールを一度取り出して上白糖をまぶし、乾かします。
これを作り直した液に入れて、様子を見てみましょう。
このあたりの工夫をまとめて自由研究にする方法もありますよ。
モールではなく、割り箸などを使えばスイーツ❝ロックキャンディ❞として食べられます♡
コチラのサイトがわかりやすくておすすめ。
自分で成長する！？ロックキャンディーを作ってみよう！ | お砂糖で学ぶ | SUGAR LAB / シュガーラボ (nissin-sugar.co.jp)
次に、ホウ砂について。
スライム作りにも使う、薬局などで入手しやすい素材です。
ホウ砂もミョウバンのようにお湯に溶かし、放置する方法で結晶が作れます。
100ｇの水に対し、大匙1杯くらいのホウ砂が目安。
結晶も割と大きく育つのでおすすめです。
【低学年編】のようにモールをぶら下げることも可能。
一方、尿素は全く違う結晶作りに挑戦したい人におすすめです。
針のように細い結晶（針状結晶）が得られますよ。
工作・自由研究用のキットもありますが、尿素も入手しやすいので、購入していろいろ試すのがいいと思います。
実験のやり方は、結晶を作るだけなら40℃の湯50mlあたり尿素20ｇを目安に溶かし、放置すればOK。
ただし、非常に繊細でもろいので、水溶液を作るときに❝PVA系の糊（のり）❞を入れると崩れ防止になります。
50mlの水溶液なら2～3滴落とせばOK。
PVA系の糊は❝洗濯のり❞としてドラッグストアで市販されています。
しかし、最も身近なのは❝液体のり❞！
有名な『アラビックヤマト』はPVA系（正確にはPVAL）が原料なので、この実験に使えますよ。
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ただし、液体のりのすべてがPVA系とは限らないので注意してください。
さらに、尿素を紙などに浸み込ませ、そこで水分が蒸発することにより、針状の結晶をブロッコリーのように立体的に形成させることもできます。
円錐型（底面は不要）にしたコーヒーフィルターや、らせん状にしたモールなどを尿素溶液に立ててみてください。
コーヒーフィルターに水性ペンで色を塗っておくと、結晶が染まってきれいですよ。
染み込みにくい場合は食器用の中性洗剤を2～3滴たらしておくのも良いでしょう（クエン酸入りなどは不可）。
中性洗剤の界面活性力により、水の表面張力が失われるので浸透しやすくできますよ。
なお、尿素の取り扱いには少々注意が必要です。
尿素は化粧品などに保湿成分として配合されている物質なので、多少手に付いても洗い流せば大丈夫。
ただし、目や口には入れないようにしてください。
また、塩素系漂白剤や酸性洗剤と混ぜると有毒な気体が発生する可能性があります。
ここで提案したPVA系液体のりや洗濯のり、中性洗剤以外と混ぜないでくださいね。
さらに、尿素は加熱しすぎるとアンモニアが発生するので注意が必要（尿素の加熱分解）。
アンモニアは6年生の理科でも実験しますが、目などの粘膜に対し非常に有害な物質です。
したがって、アンモニアが発生しないよう、尿素を溶かす湯はお風呂の温度まで。
電子レンジや鍋などで直接加熱するのは厳禁です！
過度に怖がる必要は全くありませんが、危険性を知り、正しく取り扱ってくださいね。
高学年・中学生編②：取り出せる結晶の量を予測しよう
さて、これまでは「結晶が出てきた！」と見守ることが主流でした。
では、析出する結晶の量を予測することは可能でしょうか？
…答えはイエス。
物質と溶解度・温度の関係は分かっているので、そこから計算すればOK。
…実はこれ、高校の入試問題によく出るヤツです。
溶解度曲線から特定の温度の溶解度を読み取って計算するのですが、今回はこれを実験でも確かめてみよう、というもの。
つまり、理論値（計算値）と実験で取り出せた結晶量（実測値）を検証するわけです。
例えば、60℃で飽和させたミョウバンは100ｇの水に57.3ｇ溶けているはずですが、20℃だと11ｇしか溶けていられないはずです。
溶けきれなくなったミョウバンが結晶として出るわけですから、計算すれば予想がたてられますね。
溶解度曲線は中学校の理科資料集に載っていると思いますが、本記事にも資料として溶解度を付記しておくので参考にしてください。
また、もう少し高度な実験もできます。
例えば、2種類の物質が混ざった水溶液から、片方の物質を取り出す…のはどうでしょう？
結晶作りには❝溶解度❞が深く関係しており、物質は異なる溶解度を持つ、とすでに触れましたね。
さらに、温度によって溶解度が大きく変化する物質と、しない物質があることも述べました。
それなら、これらの性質を利用すれば、2つの物質が混ざった水溶液からどちらかを取り出せるのではないでしょうか？
実験に用いるのは、やはり「溶解度が温度で変化しない食塩」と「高温ほど溶解度が高いミョウバン」がやりやすいでしょう。
60℃で食塩とミョウバンの飽和溶液を作り、溶け残りが出たら上澄みを取って素早く20～30℃まで下げてみましょう。
食塩は温度が変わっても溶解度がほぼ変化しませんから、この温度変化による結晶の析出はほとんどないはずです。
…ということは、温度変化により出てきた結晶は…？
予想してみてください！！
え？
析出した結晶が食塩かミョウバンだって確かめる方法？？
析出した結晶（多少の混ざりは無視ｗ）を水道水でサッと水洗いし、ちょっとだけ舐めてみましょう。
食塩はもちろん、ミョウバンも食品添加物なので、ほんのちょっと舐めるくらいなら大丈夫。
食塩そのものとなめ比べて、同じなら食塩、明らかに塩味が薄ければミョウバン！（笑）。
もっと厳密にするなら、取り出した結晶だけでもう一度、60℃くらいの飽和溶液を作ります。
飽和溶液の量は取れた結晶の量に応じて少なくしてくださいね。
そして、この溶液で基本の実験と同じように結晶作りをします。
出来た結晶の形から取り出せた物質の正体がわかりますね。
放置系とはいえ手が掛かりますが、論理と検証ができるので、自由研究としての中身もボリュームも十分！
高学年には難しい論理かもしれませんが、計算自体は小学校低学年レベル！
ぜひ挑戦してみてください。
おまけの調べ学習
さて、「結晶」とは何でしょう？
分子が規則正しく並んだ立体構造…とサラッと触れましたが、自分の言葉や図解で説明することが大切です。
分子の話は小学生には難しいですが、分かる範囲で大丈夫。
ネットで調べても良いですが、小学生向けの百科事典の方がわかりやすいです。
また、私たちの身の回りには「結晶」が意外とたくさんあります。
これについて調べてみるのも楽しいですよ。
「食塩」「砂糖」ももちろん結晶。
「岩塩」や「氷砂糖」は結晶らしい感じがしますね。
身近にほしい結晶（笑）には、
- ダイヤモンド（炭素の結晶）
- サファイア 、 ルビー（酸化アルミニウムの結晶）
- 水晶（二酸化珪素）
などがあります。
宝石の多くは結晶体なんですね～。
青い「サファイア」と赤い「ルビー」はどちらも❝酸化アルミニウム❞の結晶。
なぜ違う色なのか調べてみて！
また、宝石という結晶が自然界でどのようにできるのかも調べると良いでしょう。
今回の実験のコツと同じ現象が自然界で起こるから宝石ができるのだと理解できますよ。
「実験」と「現実（自然現象）」の関連も科学では重要な要素です。
自由研究の考察や、最後のまとめ部分などで言及すると良いでしょう。
実験が失敗したら…
放置系の実験は簡単にできる反面、時間がかかるものもあります。
今回の実験にしても、小さな結晶を作るだけなら1～2日でできますが、育てようとすると、1～2週間、条件によってはそれ以上かかるかもしれません。
そのため、実験が失敗したらやり直す時間がない…ということも。
でも、失敗もれっきとした研究の結果です。
自分が行った手順だとこのような結果になった…というだけなのです。
大切なのは「なぜ予想と違う結果が出たのか」「なぜ人と違う結果になったのか」を検証することです。
本来❝研究❞とは答えがわかっているものではありません。
なぜ「そうなるのか」「そうなったのか」を突き止めるのが研究なのです。
自然科学は繊細です。
全ての条件が一致すれば再現できますが、1つ異なるだけで全く違う結果になることも珍しくありません。
でも、その❝1つだけ異なっていたもの❞が違う結果につながるキーワードなのです。
その1点にどのように気づいたか、どうすれば改善あるいは発展させられるのか…
それを❝見つける洞察力❞と❝考える思考力❞を養うことが、夏休みに自由研究が宿題として出される理由です。
この2つこそ文科省が掲げる❝問題解決力❞の礎になるからです。
一般的な❝正しい❞結果が出なくても、ちゃんと自由研究は成立します。
何が失敗の原因だったのか、どこを改善すれば成功するのか、どちらも理由を添えて示せば立派な研究と言えるのです。
資料
【 溶解度 】
| 水100ｇに溶ける限界の量 | 20℃ | 60℃ |
|---|---|---|
| 食塩 | 37.8ｇ | 39.0ｇ |
| 生ミョウバン | 11.4ｇ | 57.3ｇ |
| 焼きミョウバン | 約6ｇ | 約25g |
| ショ糖（上白糖） | 203.9ｇ | 287.3ｇ |