‐‐‐ 急に凍る？ でも、熱い！ みんなで結晶の花を咲かせました。 ‐‐‐
注ぐと、次々と固まる あの酢酸ナトリウムです。
本日の実験は、結晶の実験です。 はじめは、カリミョウバンを使って、きれいな結晶作りを考えて
いました。 ５００ｍｌのペットボトルで結晶を成長させるとなると、一人あたり500mlのカリミョウバンの
溶液を作ることになります。 クラブ13人で計6500mlの溶液を作らねばなりません。大きな鍋を用意したり、
カリミョウバンも多くの量を用意しなければならず、 十分な用意ができませんでした。
楽しみにしていた人には、すいませんでした。 m ( _ _ ) m
面白い結晶の実験としては、ちょっとそれるのかもしれませんが、液体が一気に個体に変わる、
過冷却の実験があります。 実は、管理人は、過冷却の実験をテレビなどでは見たことがありますが、
実際に直接見たことはありませんでした。 そこで、是非、実験をしてみたいと思い、やってみることに
しました。
また、その他に手軽にできる結晶の実験として、尿素の花を咲かせる実験をしてみました。
・ 直接当日の様子を、すぐにご覧になりたい方は、こちら です。
（当日の様子にジャンプします。）
事前の準備です。
ますは、事前の準備です。
過冷却の実験では、でんじろう先生の実験で有名な、酢酸ナトリウムがあります。 リサイクルの
カイロなどもあります。 （ カイロは、正確には、過飽和という現象のようです。 Wikiのページ：こちら）
また、身近な過冷却を起こしやすい材料としては、金魚などで使うハイポがあります。
（ ハイポ： チオ硫酸ナトリウム Wikiのページ：こちら ）
他には、水も過冷却によって一瞬で凍ることがあるようですが、上記に比べ、難しいようです。
でも、折角の機会なので、チャレンジしてみようと思いました。
材料の入手です。
酢酸ナトリウムは、 富士コスモサイエンスの｢衝撃！熱くなる結晶｣を
利用しました。 入手は、秋葉原の千石電商で購入すると安かったです。
（ ペットボトルは、ついていません。）
酢酸ナトリウムと、リサイクルカイロが入っています。このうち、酢酸ナトリウムは、自分で用意した
ペットボトルに入れて利用します。
ハイポ：チオ硫酸ナトリウムは、 写真屋さんや、熱帯魚店で購入しました。
左が、秋葉原のヨドバシカメラで購入したものです。 （１ｋｇで、390円でした。）
右が、かねだい我孫子店で購入したものです。 （１ｋｇで、522円でした。セールの時は、298円になります。）
同じ、大東化学さんの製品ですが、どのように内容が違うのか ？です。 結論から言うと、どちらも、
使えました。
このほかに、カリミョウバンも用意したのですが、十分な準備ができず、 今回の実験では、使いませんでした。
（過冷却実験ではないです。正八面体の結晶を作る実験です。）
左は、柏のビックカメラで購入したものです。 （ 富士フィルムの製品です。 しかし、最後の1個で、 現在は富士フィルムからは出ていないようです。
５００ｇで、220円でした。） 右は、秋葉原のヨドバシカメラで購入したものです。 （500ｇで、252円でした。現在も売っています。 ）
柏の周辺で、普段からカリミョウバンの店頭在庫があるお店は、なくなってしまいました。 取り寄せてもらう必要があります。
尿素は、ホームセンターで購入しました。 肥料売り場に置いてあります。 （ 管理人の家の近所の）
柏市内のホームセンターですと、５００ｇ単位でしか販売されていませんでした。 ちょっと単価が
高いので、管理人は、以前の勤務地（栃木県佐野市）に出かけた際に、ホームセンターコメリ田沼店で、
10kgを1000円台で購入しています。 東京から離れれば離れる程、肥料は安く買えると思います。
もし、結晶の実験をやる予定があれば、ちょっと遠くへ出かけた際に、出かけ先のホームセンターを
覗いてみることをお勧めします。大量に買っても、余ったら肥料として使えますし、・・・・・・・ (^_^;)
（ そんなに買って、どうすんだ！ と、言われそうですが、・・・・）
事前の予備実験です。
過冷却の実験のために、酢酸ナトリウムやハイポをペットボトルに入れて、鍋で湯煎し溶かします。
この時、鍋の底に直接ペットボトルが触れないように、布巾等を敷いた方が、熱によるペットボトルの
変形が少ないようです。 （はじめは、敷かずにやりましたが、敷いた方が良いと思います。）
また、加熱の際は、ペットボトルの蓋は、緩めましょう。（ 中の気体が膨張するため。蓋を閉めたままだと破裂の危険あり。 ）
ペットボトルを 揺すった方が、良く溶けます。
水が沸騰してから、10分程度加熱し、完全に溶かします。
（ 元々、結晶の中に、組成水があるので、溶けると水が出てきます。 少し、水を入れると溶けやすいのですが、
過冷却の実験か、過飽和の実験か分かりにくくなるようです。 ）
溶けたら、ゆっくり冷まします。
しかし、・・・・
｢あれっ？｣ 結晶化しちゃったものがあります。
原因は、良く分かりませんでした。 ハイポは、うまく過冷却状態になったようですが、
酢酸ナトリウムは、2本が、駄目でした。
しかし、気を取り直して、過冷却状態になったものに、早速、種結晶をいれてみました。
その時の画像です。
見る見る間に、結晶化していきます。 とても面白い反応です。
（管理人は、実際の物を初めてみたので、ちょっと感激でした。 (^_^;) ）
でも、喜んでばかりはいられません。
駄目だったボトルと、結晶化の実験をしたボトルを、再び過冷却の状態にしなければなりません。
仕方ないので、もう一度加熱しました。 そして冷却すると、今度は大丈夫のようでした。
しかし、翌日、・・・・
また、結晶化しているボトルがありました。
仕方ないので、またまた再加熱です。 今回は、十分に加熱しました。
ついでに、リサイクルカイロも過熱し、すぐ使えるようにしました。
今度は、そっと、振動を与えないように、静かな所に置きました。 今度は、大丈夫でした。
うまくいかなかった原因は、はっきりしませんが、以下のようなものが考えられました。
・ 最初は、ドアの傍に置いておいたので、ドアの振動で、結晶化してしまった可能性がある。
・ 目視で溶けたと思っていても、肉眼では確認できない程度の結晶が、溶けきらずに
残っていた可能性がある。 肉眼で溶けたと思った後も、10分程度は加熱した方が良い。
・ 蓋などに、結晶やゴミが残っていて、何かの拍子に落下し、再結晶化した可能性がある。
蓋なども、十分に洗うようにする。ゴミも入らないように注意する。
ちょっとした振動でも、再結晶化してしまうようなので、取り扱いは注意しました。
学校に持っていく時も、衝撃吸収梱包材などを使って、最新の注意を払いました。
次は、尿素の実験に移ります。
尿素の結晶の実験をネットや本で調べてみると、尿素以外に、洗剤やPVA（ポリビニルアルコール：
巨大シャボン玉やスライムの原料です。）、木工用ボンド（酢酸ビニル）などを混合しているようです。
洗剤は界面活性剤なので、溶液の表面張力を低下させ、ろ紙等にしみ込み易くするためのようです。
PVAや、木工用ボンドは、そのままでは結晶が崩れやすいため、添加して結晶の構造の補強をはかる
目的のようでした。 実験が終わったあとで、結晶を持って帰ってもらい、（崩れると思いますが、・・・）
結晶を再利用して、再び家で実験をしてもらおうと思い、木工用ボンドはやめて、PVAを使うことにしました。
配合は、いくつかの情報がありますが、こちらのページを参考にさせていただきました。
結晶成長を観る 〜尿素の花のしくみを探る〜 というページです。
洗剤とPVAをそれぞれの希釈系列で実験をしており、 どの濃度が一番、尿素の結晶ができるか
教えていただけました。 ありがとうございました。 m( _ _ )m
尿素溶液５０ｍｌに対し、洗剤５滴から２０滴程度、PVAは、２ｍｌ程度が、一番花を咲かせるようです。
これから、尿素溶液１００ｍｌに対し、洗剤 10滴、 PVA ４ｍｌとして予備実験をしてみました。
１００均で、鍋とお玉を買ってきて、溶液を約２００ｍｌ作りました。（尿素は、約５０％溶かしました。）
尿素溶液を、プリンなどの容器にいれ、周囲にコーヒーペーパーをろ紙代わりにし、
そのままでは芸がないので、蛍光ペンで、ろ紙の一部に色を付けてみました。
２〜３時間で、この程度の結晶が出てきました。 このまま、どのくらい成長するか楽しみです。
この状態で、ちょっとブラックライトをあててみました。
蛍光ペンで着色していたので、 とてもきれいでした。幻想的ですね。
今後、結晶はどこまで成長するか楽しみです。
観察しやすいので、リビングのテレビの前に置いておきました。
次の日、どのうようになっているか楽しみに思いながら、仕事から帰ってきました。
さっそく見てみました。
そうしたら・・・・、
ぼあっ！ となっていて、びっくりです。 Y ( ﾟ _ ﾟ ) Y
インスタントのご飯の容器を乗り越え、さらに、新聞紙も乗り越えていました。・・・・
完全に、はみだしています。
成長の勢いにびっくりです。
--->
これが、 これに。
---> 
こちらは、 こちらに なりました。 (^_^;)
大きさを見るため、単１乾電池と一緒に撮ってみました。
横への広がりだけでなく、高さも高くなりました。 単1乾電池の約倍の高さになっています。
みなさん！ 溶液が、余ったからといって、溶液の入れ過ぎには注意しましょう。 (^_^;)
せっかくなので、ブラックライトを当ててみました。
結晶の先端まで、蛍光ペンのインクは運ばれていました。
とりあえず、先の調合比率で、尿素の花は、きれいに咲くことが分かったので、一安心です。
予備実験は、とりあえず成功しました。
また、デモとして、ジンジャーエールの過冷却の実験も施行しようと思っていました。 冷凍庫に90分入れてから取り出すと、
一瞬にして凍るという実験です。 ジンジャーエールを3本購入しましたが、家で冷やしてから持っていくわけにはいかず、（振動で凍ってしまう）
また、理科室に冷蔵庫がなかったので、今回は見送りました。 職員室の冷蔵庫の冷凍庫を お借りしようとも思いましたが、
職員室から理科室まで持っていく間に、振動で凍ってしまうことも予想され、施行しませんでした。
いよいよ実験当日です。
過冷却状態の酢酸ナトリウムやハイポは、衝撃で結晶化しないように、最新の注意を払いました。
衝撃を吸収する梱包材にくるんで、そーっと運びました。
なんとか、無事でした。 ,(^｡^;) ﾎｯ!, （ もし、結晶化していたら、準備中に再加熱する予定でした。 ）
尿素の結晶の実験に使う、プリンのカップも用意しました。
おかげで、管理人の家では、毎日、プリンが食べられました。
尿素の溶液を、みんなが来る前に、カセットコンロで暖めて用意しました。
溶液は、一人当たり 約５０ｍｌを15人分７５０ｍｌ、さらに余裕を持って、約９００ｍｌ用意しました。
配合は、先の通り、尿素溶液１００ｍｌに対し、洗剤 10滴、 PVA ４ｍｌ ですので、
９００ｍｌなので、これを、それぞれ９倍して、洗剤 90滴、PVA ３６ｍｌとしました。
結晶の実験なので、一応、分子模型も用意しました。 （ ちょっとは、実験らしくなりますかね？）
今回、登場する物質、ハイポ（チオ硫酸ナトリウム）、尿素、酢酸、水、氷です。
（ 模型に入っていない原子もあるので、実際には他の原子模型で代用している物もあります。 ハイポや酢酸ナトリウムに組成水があるので、
水の分子も用意しました。 氷の結晶は、この角度からだと、六角形が分かりにくいです。 なぜか、ダイヤモンドの結晶模型も登場です。）
分子模型は、モルタロウの模型を利用しました。
（サイエンスショップや博物館などのショップで、販売されています。とてもきれいな模型です。インテリアとしても良いかもしれません。・・・
でも、分子模型をインテリアにする人は、いなかもしれませんが。・・・ (^_^;) ）
でも、これを説明すると、中学か高校の理科の授業のようになってしまうので、・・・・。
簡単に説明するだけとしました。
このほかに、約１ｃｍ角の食塩の結晶も見てもらいました。
はやく、理科室に集まってきた人たちに手伝ってもらい、水の過冷却の実験に使う氷を、
金槌で、砕いてもらいました。 （ みんな、すごい力でした。・・・ あちこちに氷が散乱しました。・・・）
これに、寒剤として食塩を入れました。
（寒材：冷やすための冷却材です。氷だけよりも、塩と氷では、−２０℃ぐらいに下がります。 Wikiのページは、こちら）
本日のクラブが始まります。
結晶の話は、中学や高校の理科の授業ではないので、ごく簡単にしました。
結晶は、規則正しく繰り返しの構造をとっているもの、 元になる物の性質で、
さまざまな形になる。 食塩や砂糖など、身近な例をあげる程度としました。
まずは、ハイポの過冷却の再結晶化の実験を行いました。
アルミのカップに、過冷却のハイポを取り分けてもらいます。
ちょっと、さわると、・・・
見る見る間に、結晶化していきます。
あちこちで、｢わーっ｣という声が上がっていました。 とても不思議です。
また、さわると熱いです。 さわって、熱を持っているのを体感してもらいました。
（ さわってと指示を出す前に、フライングをしてさわっている子がいましたが、 ｢固まっちゃった！固まっちゃった！・・・
熱くなっちゃた！ 熱くなっちゃった！｣ と、笑いながら 管理人に報告してくれました。 とても、うけていたようです。）
なかなか結晶化しにくいところもありました。その場合は、種結晶を入れると結晶化します。
次に、水の過冷却に挑戦しました。 先の食塩入りの氷の入ったビーカーに、
水の入った試験管を入れ、温度計で温度を測ります。 −２〜３℃に冷えたら、
そっと試験管を取り出します。 うまくいくと、一瞬で水が凍ります。
みんな真剣に温度計を見つめています。しかし、なかなかうまくいきません。
氷の量が少なかったようです。また、氷が解けて塩水になってしまい、あまり温度が下がらなかった
ようです。
−２〜３℃になったので、引き上げると、すでに凍ってしまっていたりしたところもありました。
一つのグループは、引き上げると、一瞬で凍る瞬間がみられたようです。
なんとか過冷却がみられたようです。
ほとんどのグループは、うまく過冷却の状態にはならなかったようです。
しかし、水の結晶である氷ができる所を、いままで直接見たことは無かったみたいで、
少しは、楽しんでもらえたようです。
次は、酢酸ナトリウムの出番です。
まずは、 リサイクルカイロを見てもらいました。
中にある円盤状の金属を、”ペチィ”とやると、・・・・
見る見る間に中が、白く結晶化していきます。 そして、温かく（熱く）なります。
あちこちで、｢ わーっ ！｣ という声が上がっていました。
つぎは、ペットボトル内の酢酸ナトリウムの結晶化を見てもらいました。
叩いたり、揺すったりしてもらいましたが、結晶化は、なかなかしませんでした。
そこで、種結晶を入れました。
どんどんと、結晶化していきます。そして、熱を持つことも実感してもらいました。
溶けてから冷ます際に、58℃で本当は固まるけど、そおっと温度を下げると、凍らずに温度が下がり、液体のままでいることがある。
これは、不安定な状態のままなので、結晶を入れるなどをすると、それをきっかけに、きれいに酢酸ナトリウムの粒が揃いだし、
固まってしまう現象をみている。 その時に、固まる時の温度５８℃に上昇するため、熱くなるという説明をしたのですが、・・・・
うまく分かってもらえた自信がありませんでした。 （ やっている本人もちゃんと理解しているか怪しい・・・・）
そして、酢酸ナトリウムのタワーです。
種結晶をアルミカップに入れて、注ぎます。
V
注ぐそばから すぐに固まります。
V
どんどん高くなります。
V
もっと高くなります。
V
かなり高くなりました。
V
そして、・・・・ バランスをくずし、
コテッ と倒れました。
あわてて、起こそうと手で持ったら、・・・
｢ 熱い！｣ そりゃそうです。当たり前です。
あわてていたので、写真撮れていません。 すいません。 (^_^;)
以上で、みんなでやる実験は終了です。
最後の実験は、みんなで、尿素の花を咲かせる実験をしました。
クラブの直前に作製しておいた尿素の溶液（洗剤、PVA入り）は、持参したホットプレートで
加温しておきました。
プリンのカップに、ろ紙に見立てたコーヒーペーパーを丸めて入れます。
ペーパーの先端にマーカーで着色してもらいました。
できたら、尿素の溶液をカップに入れます。
そして、ペーパーを入れました。
あまった溶液は、こちらのトレーに入れました。 （ 成長しすぎないか ちょっと心配です。・・・）
そして、理科の準備室に並べました。
はたして、うまく成長するでしょうか？
今週のクラブは、これでおしまいです。 来週は、クラブがお休みなので、再来週に
また、お会いしましょう。 インフルエンザや風邪に気をつけて下さいね。
（本日、一人お休みの子がいました。 その子の分も作りました。）
実験に使った固まったハイポは、各自持って帰ってもらい、家でも実験を
してもらうことにしました。
その後、結晶がうまくできたか心配だったので、その後の土曜日に、理科準備室を外から
のぞきに行きました。 土曜日は、地域の野球のクラブが、グランドで練習しているので、
職務質問などは受けずに学校には入れました。 しかし、カメラを持っていたので、ちょっと
怪しかったかもしれません。・・・
理科準備室をのぞいてみると、・・・・
うまく結晶は成長していました。
カップに名前を書いてもらっていたのですが、結晶が成長しすぎて、カップが見えません。・・・・
溶液を入れるのが、やはり多すぎたようです。・・・ 誰のかわからなくなっちゃいました。・・・
でも、結晶は成長したので、一安心です。 ,(^｡^;) ﾎｯ!,
次回は、 ソーラーバルーンの実験をやるので、 早速準備に取り掛かる管理人でした。
＜ 今回の感想、反省点など ＞
１． 児童達は、結晶の実験と言えば、食塩やホウ酸などの、きれいな結晶の塊を作る実験と思っていたようであった。（食塩やホウ酸は、
学校でも実験するようであった。 ） カリミョウバンの結晶づくりは、時間がかかるため、1つの学期を通して観察し、作製する必要が
あるが、今後、取り組んでみたい。
２． 水の過冷却の実験では、用意した氷の量が少なかった。 もっと多くの氷を持参すればよかった。
寒材も食塩ではなく、塩化カルシウムなどを利用した方が、より低温が得られたようだ。
３． 尿素の結晶は、溶液の量が多すぎて、カップに書いた名前が見えなくなってしまった。配置なども記録しておくと良かった。
（ 後で、写真の記録から、配置が概ね判明した。 写真の記録でも良いようだ。）
４． 担当の先生や担任の先生に指導をお願いして、クラブの児童に、翌日の朝夕、翌々日の朝夕、など、２〜3日の間、結晶の成長の様子を
時間を追って観察してもらうと良かったと思われる。 （ 一部の児童は、外から結晶の様子を見てくれたようであった。）
また、各自の教室に持ち帰ってもらって、 他の児童達と、みんなで観察してもらっても良かったかもしれない。
５． 原子や分子の話、結晶の構造などの仕組みを、どこまでどのように話してよいか、判断が難しかった。話の導入として、
｢もしも原子がみえたなら｣（仮説社）という児童向けの書籍を用意し、紹介しても良かったと思われた。
６． 酢酸ナトリウムを注ぐ実験は、安定した皿の上で行い、また、あまり高くしない方が良いと思われた。
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千葉県 柏市立富勢西小学校 科学クラブ 日記