自宅で大きな食卓塩や塩化ナトリウムの結晶を育てる方法
How to Grow Big Table Salt or Sodium Chloride Crystals at Home
https://crystalverse.com/ sodium-chloride-crystals/ 2021.11.10
無色透明で大きな塩の結晶を育てる写真が数多く掲載されています。上記のサイトで見て下さい。
塩化ナトリウム結晶の成長
塩化ナトリウム、つまり食卓塩は立方晶構造をしている。しかし、料理に使う塩は通常、砂のような見た目をしている。確かに食卓塩は、結晶化を実証するための子供の実験でよく使われる。国家レベルは簡単な作業であるが、結果は期待外れである。多くのオンライン・チュートリアルでは、実際よりもはるかに簡単に見えるように書かれている。
これは、塩化ナトリウム結晶が非常に敏感であるからである。温度差により欠陥が生じる。また、ほりの粒子上で結晶化しやすく、不格好な塊、ホッパー結晶、乾燥した地殻が成長する。しかし、これらの結晶と同じくらい頑固なので、過去3年間に何度も成長させようと試みた。最終的に大きくて高品質の塩化ナトリウム結晶を成長させる技術を発見したので、皆さんと共有したいと思う。
これは自宅でできる簡単な手順である。このガイドは長いように思えるかもしれないが、下半分は、より興味深くユニークな塩の結晶を育てるために手順を調整する方法について説明している。
材料
まず、次のものが必要である。
● ヨード添加されていない食卓塩
● お湯を沸かすための大きな鍋
● かき混ぜるためのスプーン
● フィルター漏斗
● ろ紙／ティッシュペーパー
● 大きな瓶
● 大きな皿
● 小さくて平らな容器
ヨード添加されていない食卓塩は入手困難だと行っている人もいる(訳者注：外国ではヨード欠乏症防止のために下にヨードが添加されているが、日本ではヨード添加塩はない)。もしそうであれば、添加物(ヨウ素、固結防止剤)のない海塩を使うこともできる。私も試してみたが、結果は同じであった。
その後、溶液を準備する必要がある。
飽和塩水を作る
塩化ナトリウムは室温で100 mlの水に36 g溶解する。この量の塩を水に溶かすと飽和塩水になる。水が蒸発すると、余分な塩が溶液から抜け出して塩の結晶を形成する。我々の目標は個々のプロセスを制御し、できるだけ美しい結晶を作ることである。しかし、まず飽和塩水を作る必要がある。
鍋に熱湯を用意し、水100 mlにつき塩40 gを加える。塩がほとんど溶けるまでかき混ぜる。底に塩は少し残っていても問題はない。
溶液の表面に小さな白い塩の薄片が形成され始めるまで加熱を続ける。溶液を冷まし、蓋を閉めて1日放置する。
注：金属製の鍋を使用している場合は、溶液が冷めたらプラスチック／ガラスの容器に注ぐのが最善である。飽和塩溶液を長時間鍋の中に入れておくと､鍋が損傷する可能性がある。
溶液を1日放置すると、溶液は安定するはずである。溶液の中は余分な塩と黄色の不純物が残っているはずである。これは避けがたいものである。
そこで、フィルター漏斗とろ紙／コーヒーフィルター／ティッシュペーパーを使って溶液をろ過し、大きな瓶に入れる。これがきれいで完全に飽和した溶液のストックとなり、良い結晶を成長させるために使用する。残った塩はリサイクルするか、捨てる。
種結晶の成長
飽和溶液ができたら、種結晶を成長させる必要がある。種結晶とは、小さな完全な塩化ナトリウム結晶で、これを使ってより大きな結晶を成長させることができる。
種結晶の成長は簡単である。先ほど準備した溶液を50 ml平らな皿に注ぐだけである。皿を一杯にする必要はない。溶液の深さは1 cm程度で十分である。
私はペトリ皿を使用しているが、金属以外の容器であれば何でもよい。その後、皿を1～2日間、静置しておく。涼しい戸棚、ラック、または倉庫に置いてもよい。
皿の中の溶液は飽和状態なので、小さな塩の塩化ナトリウム結晶が形成されるのにそれほど時間はかからないはずである。小さな透明な立方体のように見える。
2日後、私の皿はこのようになった(結晶写真は省略)。
代わりに皿が次のようになっている場合(写真は省略)：
これは容器の蒸発が早すぎたことを意味する。気温が高すぎたか、空気の流れ(風やファンなど)にさらされたかのどちらかである。もっと風通しのよい場所に置いて、もう一度試す。
良かった。これで種結晶ができた。
完全に透明な、適度の大きさの四角い結晶を探す。それが種結晶になる。
大きな塩化ナトリウム結晶の成長
これでメインの結晶を成長させ始めることができる。ほとんどの化合物の場合、結晶を紐に結び付けて溶液に吊すと簡単に成長する。しかし、塩化ナトリウムの場合はそうではない。塩化ナトリウムの結晶は非常に敏感なので、成長が中断されると(細い紐に結ぶなど)、ほぼ確実に欠陥が形成される。
中断を最小限に抑えるには、蒸発率が非常に低い容器の底で成長させるのが最適である。私の経験では、底が平らな非常に小さな容器を目指して下さい。小さなビーカー、ジャム瓶、プラスチックのソース容器などを試した結果、化粧品瓶の蓋が一番効果的であることが分かった。もちろん、すべてはあなた次第である。
次に、あらかじめ容器が乾燥していることを確認した上で、少量の溶液をお好みの容器に移す。種結晶を選択する。ピンセットを使用して、種結晶を皿から新しい容器に非常に慎重に移す。
容器をどこか安全な場所に移動する。ここでも倉庫／地下室すら涼しい戸棚が適している。この設定は、私がこれまでに見つけた中で最高のものであるが、それでも完璧な結晶が保証されるわけではない。
したがって、さらに安定した環境を提供するために、容器の表面が空気の流れにさらされないようにする。これは簡単に解決できる。セットアップを別の容器で覆うだけである。
これにより、最終的な結晶の透明度が大幅に向上する。その後は、そのままにしておく。1,2日以内に、皿の中の結晶は次のいずれかのように見えるはずである：
1． 完璧な条件である。結晶が順調に成長し始めた。良く出来ました！
2． メインの結晶の周りに塩の粉ができた。結晶を移すときに誤って傷を付けた可能性がある。
3． 結晶が急激に成長したため、不透明になった。天候が暑すぎたか、湿度が低すぎたかのどちらかである。
4． 塩の結晶が溶け始めた。溶液が十分に飽和していなかった。湿度が高すぎたか、溶液を加えたときに容器が少し濡れていたかのどちらかである。
事故が起きても大丈夫である。結晶が写真2(省略)のように見える場合は、別の種結晶を選択してもう1度試す必要がある。
写真3または4(省略)のように見える場合は、とにかく成長させる。最終的な結晶は完璧ではないが、見ての通り非常に興味深い方法で成長する可能性がある。
後は待つだけである。条件にもよるが、おそらく1週間で大きさが2倍になり、1ヶ月で1×1 cmに達するであろう。長い時間のように思えるかもしれないが、結晶栽培者や化学者にとっては素晴しい成果である。
前述のように、透明な結晶は成長が速すぎると曇ってしまう。しかし、結晶が大きいほど、そのような変化に対する耐性が強くなる。つまり、大きな結晶を容器に移して、成長のためのスペースを増やすことができる。：
もちろん、移し替えはオプションである。移し替え中に結晶に傷がついたり、曇ったり、溶けたりするリスクがある。また、容器が大きいと、小さな結晶がメインの結晶にくっつく可能性が高くなる。
十分に大きくなったと思ったら、成長を止めても良い。ピンセットで取り除き、ろ紙／ティッシュで乾かす。ろ紙の上に長く放置しない。くっついてしまう。
これで、完成である！
外に出して、そのパリッとした縁を眺め、写真を撮って自分を褒めよう。友達に塩の結晶を見せびらかせよう。
その後、密閉容器に保管する。塩化ナトリウムの結晶は安定しているので、特別な保管は必要ない。
興味深い塩化ナトリウム結晶
塩化ナトリウム結晶の成長には多くの要因が影響する。皆さんが育てたものは、私のものとはまったく違うように見えるかもしれない。ここでは、興味深い標本と、それを実現する方法を紹介する。
以下に述べる内容には写真が付随しているが省略する。原報告のウェブサイトで見て下さい。
ゆっくり成長する対速く成長する
結晶の品質は成長速度に大きく左右される。次の写真は、それぞれ低、中、高の蒸発速度で成長した結晶を示している。
よい標本を作るには時間と忍耐が必要である。でも、落胆しないで下さい。一番大切なのは、その程度を楽しむことである。実際、3枚目の写真の左上にある曲がった結晶は、私が初めて作った塩化ナトリウム結晶である。
クリスタル・スター
結晶は、最初は曇っている場合もあるが、成長するにつれて外層が透明になり、美しいコーティングが形成される。結果は次のようになる：
これは最初から大きな容器で結晶を成長させることで実現できる。蒸発を抑えるためのカバーは不要である。
ただし、注意する。プロセスは予測不可能になる。小さな結晶が形成されやすく、十分な時間があれば、メインの結晶にくっついてしまう可能性がある。しかし、適切な条件と運があれば、結晶が完成する。
ホワイト・キューブ
ホワイト・キューブは基本的には、さらに速い速度で成長したクリスタル・スターである。これはバランスを取る行為である。蒸発がほんの少し速くなったり、ほこりの粒の上にランダムな結晶が形成されたりすると、すべてが白い塊になってしまう。
これを再現したい場合は、暑い日にクリスタル・スターの手順に従う。
この特定の結晶は、新しい容器に移すときに横にひっくり返したため、立方体のように見える。通常、成長速度の変化により、新しい側はすぐに曇り始めるが、結晶はもともと白かったため、見栄えが良くなった。
ゴースト・クリスタル
結晶の成長中に、突然天候が非常に暑くなったり、大雨が降ったりすることがある。これらの条件により、結晶はそれぞれ曇ったり、溶解したりする。その後、数日後に条件が正常に戻ると、透明な成長が再開される。
しかし、この中断により、結晶の中央に欠陥が生じる。この欠陥は、ガラスに閉じ込められたホログラムのように、非常にユニークな場合がある。
塩のピラミッド
種結晶が成長すると、すべてが立方体になるわけではない。種結晶が頂点に着地し、ピラミッドのように見える物を形成することもある。
成長させると、次のようになる：
奇妙な形成方法のため、塩ピラミッドは皿の底にくっついている。動かすことはできない。動かそうとすると塩の粉塵が発生し、実行に失敗する。そのため、同じ容器から形成、成長、収穫する必要がある。
これらの塩ピラミッドは、急速に蒸発する溶液の表面に形成されるホッパー結晶と同じではないことに注意する。それらは、階段状のパターンを持ち、非常に異なる方法で成長する中空の逆ピラミッドのように見える。自然界で時々形成されるが、オンラインでそれらを育てる方法に関する情報はほとんどない。
以下、一部省略。
ヨード添加塩の使用
ヨード添加塩は、結晶化プロセスを台無しにするため、塩化ナトリウム結晶の成長には推奨されない。これにより、単結晶の形成が困難になる。
下の結晶は、同じ手順に従って、ヨード添加塩で成長させた。美しいと思ったら、ぜひ試して下さい。
その他の不純物
ヨード添加塩のほか、溶液中のその他の不純物も結晶の成長に影響する可能性がある。岩塩と海塩は微量の他のミネラルを含んでいるため、結果が若干異なる可能性がある。しかし、一般的には効果がある。使用する海塩に固結防止剤が含まれていないことを確認する。
塩水に尿素を加えると、結晶は八面体に成長する。驚いたことに、マクロ的な結晶の写真はオンライン上にない。酸性溶液は、細い針状の結晶を促す。
ベテラン結晶成長者Dmishinは、塩水に塩化鉄(III)を加えると、結晶の挙動が改善され、透明度が増すが、結晶は黄色くなる。より詳しい説明については、彼の記事を参照。
結晶クラスター
透明な結晶を1つだけ育てるのではなく、より自然に見える塩結晶のクラスターを育てたいと考えているなら、朗報である。はるかに簡単である。この記事ですべて説明する。
追加メモ
塩化ナトリウムは理論的には立方体として結晶化するが、私の手順で成長した結晶は上を向いた側が少し平らに見える。これは、各結晶面の成長速度が異なるため、容器の底で結晶を成長させる際の制限である。
これを防ぐには、代わりに結晶を溶液に懸濁させる必要があるが、これには別の課題が伴う。吊り下げ法では今のところ良い結晶は得られないが、その進歩を楽しみにしている。良い結晶が得られた場合は、ぜひ私に共有して下さい。
以下、一部省略。
結論
結局、塩化ナトリウムの結晶を育てるのは非常に難しい。しかし、正しい手順を踏めば、誰でも自宅で立方体の塩を育てることができる。天候など成長に影響するいくつかの要因は我々の手に負えないかもしれないし、完璧な結晶が得られないかもしれないが、最終的に得られるものは同じように美しい物になるかもしれない。
このガイドはこれですべてである。質問があれば、下のコメント欄でお尋ね下さい。それまでの間、肥料から結晶を育てる方法に関する私の投稿をチェックして下さい。
