中学理科中学1年生物質・化学

溶解度と再結晶｜溶解度曲線の読み方と計算をやさしく【中1理科】

中1理科の「溶解度と再結晶」を図とグラフでやさしく。溶解度とは何か、溶解度曲線の読み方、飽和水溶液、温度を下げると結晶が出てくる再結晶のしくみ、出てくる結晶の質量の計算まで。算数の割合・比例とつなげて、もののとけ方から無理なく理解できます。

「あたたかい水にはたくさん砂糖がとけるのに、冷ますとつぶがもどってくるのはなぜ？」——そのカギが溶解度です。中1理科の溶解度・再結晶は、グラフと計算でつまずきやすい単元ですが、正体は「温度ごとに、とける限界の量がちがう」というだけ。もののとけ方から、算数の割合・比例の力でそのまま伸ばせます。

溶解度とは——水100gにとける限界の量

水にものをとかしていくと、ある量でとけ残るようになります。水100gにとける物質の最大量(g)を溶解度といいます。溶解度まできっちりとけた状態が飽和水溶液です。

たとえば、ある温度で硝酸カリウムの溶解度が $32$ なら、「水 $100$ g に最大 $32$ g までとける」という意味。$32$ g をこえた分はとけ残ります。溶解度は水100gが基準なので、水の量がちがうときは比で考えます（水 $200$ g なら $2$ 倍とける）。

溶解度曲線の読み方

温度ごとの溶解度を表したグラフを溶解度曲線といいます。物質によって、温度での変わり方が大きくちがいます。

赤い硝酸カリウムは、温度が上がると溶解度が急に大きくなる（右上がりが急）。青い**塩化ナトリウム（食塩）**は、温度が変わってもほとんど変わりません（ほぼ横ばい）。この「カーブの急・ゆるやか」のちがいが、このあとの再結晶の量を決めます。

再結晶——冷やすと結晶が出てくる

高い温度でたくさんとかした水溶液を冷やすと、溶解度が小さくなり、とけきれなくなった分が結晶になって出てきます。これが再結晶です。

たとえば $60$ ℃の水 $100$ g に硝酸カリウムが $109$ g とけているとします。$20$ ℃まで冷やすと溶解度は $32$ g。すると、とけていられるのは $32$ g までなので、残りの $109 - 32 = 77$ g が結晶になって出てきます。

塩化ナトリウムのように溶解度がほとんど変わらない物質は、冷やしてもあまり結晶が出ません。こういうものは水を蒸発させて取り出します。

セナ

同じように冷やしても、出てくる量がぜんぜんちがうのはなんで？

ホクト先生

それは溶解度曲線のかたむきのちがいなんだ。硝酸カリウムは温度で溶解度が大きく変わるから、冷やすとドカッと結晶が出る。食塩は曲線がほぼ横ばいで、冷やしても溶解度がほとんど減らないから、結晶もあまり出ない。だから食塩は「水を蒸発させて」取り出すんだよ。「どれだけ取り出せるか＝溶解度の差」と覚えよう。

出てくる結晶の質量を計算する

再結晶の計算は、溶解度の差と水の量の比で求められます。

水が $100$ g ちょうどなら、溶解度の差がそのまま結晶の質量です。水が $50$ g なら半分、$200$ g なら $2$ 倍。ここは算数の比の考え方そのもの。たとえば水 $150$ g で、溶解度の差が $40$ g なら、$40 \times \dfrac{150}{100} = 60$ g の結晶が出ます。

よくある間違い

やってみよう（練習問題）

下の溶解度（水100gあたり, g）を使って考えましょう。

とける限界（溶解度）は温度で変わる。冷やすと、はみ出した分（溶解度の差）が結晶になる。——このグラフ1枚の見方さえつかめば、再結晶のしくみも、出てくる量の計算も、迷わず進められます。