・塩化アンモニウムの再結晶


(1)実験操作

(i)塩化アンモニウムNH4Cl4.0 g量り取り、試験管の中に入れる。

(ii)メスシリンダーで水7.5 mLを量り取り、(i)の試験管の中に入れる

(iii)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。

(iv)500 mLビーカーに水を入れ、約80℃の温度で試験管を温め、結晶を完全に溶かす。

(v)試験管を取り出し、試験管立てに静置し、ゆっくりと冷まして、結晶が現れる様子を観察する。

(vi)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、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くらいしか溶けていられなくなります。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ですが、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)

 

この再結晶の実験の面白いところは、容器の端の方から固まるようにして結晶になるのではなく、透明の溶液中から突然生まれてくるように、星形の結晶が「湧いてくる」ところです。しかも、結晶の析出は、雪がしんしんと降りつもるように、ゆっくりと結晶化が進むのです。

 

.1  塩化アンモニウムの再結晶の様子

 

 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。

 

NH4Cl() + aq = NH4Cl aq - 14.8 kJ

 

 そのため、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、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)