・塩化アンモニウムの再結晶


(1)実験操作

@ 塩化アンモニウムNH4Cl4.0 g量り取り、試験管の中に入れる。

A メスシリンダーで水7.5 mLを量り取り、@の試験管の中に入れる

B ガラス棒でよく攪拌して、試験管の底を触り、温度の変化を確かめる。

C 500 mLビーカーに水を入れ、約80の温度に加熱する。試験管を水浴で温め、結晶を完全に溶かす。

D 試験管を取り出し、試験管立てに静置する。ゆっくりと室温で放冷して、結晶が現れる様子を観察する。

E 結晶が析出し終わったら、再び水浴で温め直してみる。

 

(2)理論

 塩化アンモニウムNH4Clは、温度による溶解度の差が極めて大きい物質です。沸騰水では、100 gの水に対して70 g以上も溶けるのに、室温の20まで冷やすと、37 g程度まで溶解度が低下してしまいます。実験で使う塩化アンモニウムNH4Clは、80にすればすべてが溶ける量にしてありますが、温度が低くなると、塩化アンモニウムNH4Clが溶けていられなくなり、結晶として析出(再結晶)してきます。これを再び温めると、結晶が溶けますし、冷やされれば再結晶するというように、この実験は、繰り返し楽しむことができます。

 

.1  塩化アンモニウムNH4Clの溶解度 (単位は〔g/100 g H2O)

温度

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

溶解度

29.4

33.2

37.2

41.4

45.8

50.4

55.3

60.2

65.6

71.2

77.3

 

この再結晶の実験の面白いところは、「結晶の現れ方」です。容器の端の方から、固まるようにして結晶化するのではなく、透明の溶液中から、突然生まれてくるようにして「星形の結晶」が湧いてくるのです。しかも、結晶の析出は、雪が舞うようにして、結晶が上下に運動しながら再結晶が進んでいきます。

 

.1  塩化アンモニウムNH4Clの再結晶の様子

 

 なお、水に塩化アンモニウムNH4Clを溶かすと、試験管の中が冷たくなりますが、逆に水に溶けていた塩化アンモニウムNH4Clが固体の結晶として析出するときは、試験管の中が温かくなります。これは、塩化アンモニウムNH4Clが結晶として析出する反応が、発熱反応だからです。

 

NH4Cl aq = NH4Cl() + aq  14.8 kJ

 

 そのため、塩化アンモニウムNH4Clの結晶が析出すると、熱によって試験管の中に上向きの対流が起こり、結晶が成長するにつれ、結晶は上昇していきます。 しかし、結晶が大きくなりすぎて、上向きの対流でも支えきれなくなると、今度は下向きに下り始めます、このような理由で、対流が常時起こり、結晶の上下動が見られるようです。


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・参考文献

1) 山田暢司「実験マニア」亜紀書房(2013年発行)