ミョウバンの結晶の育て方｜飽和水溶液と種結晶のしくみ、大きな八面体を作るコツ

ミョウバンの結晶は、透明で、角のはっきりした八面体に育ちます。理科の実験や自由研究で一度は名前を聞いたことがあるかもしれませんが、実際にやってみると、底に小さな結晶がたくさんできて終わってしまったり、形が崩れてしまったりと、思ったより難しいものです。

うまくいくかどうかを分けるのは、ミョウバンが溶ける量と温度の関係、そして「結晶がどこから育ち始めるか」をどう扱うかです。この記事では、飽和や過飽和といった言葉の意味から、種結晶の選び方、ゆっくり冷ます工夫、毎日の手入れ、うまくいかないときの直し方までを順に整理します。結晶の形を観察する楽しみは、鉱物の見分け方の基本 で紹介している天然の鉱物の観察にもつながります。

ミョウバンとはどんな物質か

名前の由来と、身近な使われ方

ミョウバンは、硫酸アルミニウムとほかの金属の硫酸塩が組み合わさってできた物質の総称です。家庭の結晶づくりでよく使われるのは、カリウムを含むカリウムミョウバンです。食品添加物として、なすの漬物の色をきれいに保つ用途などで売られていることがあり、薬局やスーパーの食品添加物の棚で見かけることがあります。

この結晶には、たくさんの水の分子が決まった割合で組み込まれています。水をそのまま含んだ結晶を、ここでは「生ミョウバン」と呼びます。この水を加熱して除いたものが「焼きミョウバン」です。売り場では焼きミョウバンを見かけることが多いかもしれません。

生ミョウバンと焼きミョウバンの違い

焼きミョウバンを水に溶かすと、液の中では生ミョウバンを溶かしたときと同じ状態になります。冷えて結晶ができるときには、再び水を取り込んだ結晶になるため、どちらを使っても結晶を育てることができます。ただし、焼きミョウバンは溶けるのに時間がかかることがあります。溶け残りがあると、それが核になって余計な結晶ができる原因になるので、よく混ぜて溶かしきることが大切です。

なお、同じ重さで比べると、焼きミョウバンは水を除いている分、生ミョウバンより多くのミョウバンを含んでいます。この記事で出てくる溶ける量の目安は、生ミョウバンを基準にしたものと考えてください。

結晶が八面体になる理由

結晶は、物質をつくる粒（イオンや分子）が、決まった規則で三次元に並んでできています。ミョウバンの場合、この並び方の規則から、育ちやすい面と育ちにくい面が決まり、結果として八つの三角形の面に囲まれた形が現れやすくなります。

結晶の面は、粒が積み重なるのが遅い面ほど大きく残ります。速く育つ面はやがて小さくなって消え、遅く育つ面が外側の形を決めるためです。ミョウバンでは八面体の面がこの「育ちの遅い面」にあたるため、ゆっくり育てるほど、角のはっきりした八面体に近づきます。

溶ける量と温度の関係を知る

溶解度とは

水にものを溶かしていくと、ある量を超えたところで、それ以上は溶けなくなります。一定の量の水に溶ける最大の量を「溶解度」といいます。溶解度は、物質の種類と温度によって決まります。

ミョウバンの大きな特徴は、温度によって溶解度が大きく変わることです。冷たい水にはあまり溶けませんが、温かい水にはずっと多く溶けます。たとえば、ミョウバンは、室温に近い温度では水の重さの一割程度しか溶けないのに対し、温度を上げると、その何倍もの量が溶けるようになります。正確な値は温度によって細かく変わるため、理科の資料集などの溶解度の表で確かめてください。

食塩と比べると分かりやすい

食塩は、温度を変えても溶ける量があまり変わりません。そのため、食塩の液を冷やしても、結晶はあまり出てきません。食塩の結晶を作るときは、水を蒸発させる方法が中心になります。

一方、ミョウバンは、温かい水にたくさん溶かして冷やすと、溶けきれなくなった分が結晶として出てきます。この「冷やすと出てくる」性質が、ミョウバンが結晶づくりに向いている理由です。

飽和と過飽和

溶解度いっぱいまで溶けている液を「飽和水溶液」といいます。温かい飽和水溶液を静かに冷やしていくと、その温度で溶ける量よりも多くのミョウバンが、しばらくは溶けたままの状態を保つことがあります。この、本来の溶解度より多く溶けている状態を「過飽和」といいます。

過飽和の液は不安定で、きっかけがあると、余分な分が一気に結晶として出てきます。きっかけになるのは、液の中のほこりや溶け残り、容器の傷、そして種結晶です。結晶づくりでは、このきっかけをどこに作るかを自分で決めることが大切です。種結晶だけにきっかけを集めれば、そこに結晶が育ちます。容器の底や壁にきっかけがあると、そこにも結晶ができてしまいます。