【中１化学】溶質のとり出し方：水の精ウォーター
自己紹介
こんにちは、みんな！僕は水の精ウォーターだよ。普段は雲の上でゆらゆら過ごしているんだけど、今日は特別に君たちに会いに来たんだ。水の世界は本当に面白いんだよ。僕は雨になって地上に降り注いだり、川や海を流れたり、時には氷になって冷たくなったりするんだ。でも、今日は特別な任務があるんだ。それは君たちに「溶質のとり出し方」について教えること！
水は本当にすごいんだよ。いろんなものを溶かすことができるんだ。でも、溶かしたものをまた取り出すのも得意なんだ。これから君たちと一緒に、その方法を学んでいくよ。
大丈夫、難しく考えなくていいんだ。僕と一緒に楽しく学んでいこう！君たちはみんな素晴らしい可能性を持っているんだ。一歩一歩、ゆっくりでいいから前に進んでいこう。水が少しずつ岩を削るように、君たちの知識も少しずつ積み重なっていくはずだよ。さあ、一緒に化学の世界を冒険しよう！
なりきり解説
さあ、みんな準備はいい？水の精ウォーターと一緒に「溶質のとり出し方」について学んでいこう！
まず、飽和という言葉から始めるよ。これは、水がこれ以上溶かせないくらいいっぱいに物質を溶かした状態のことだ。例えば、コップの水にどんどん砂糖を入れていくと、ある時点で砂糖が溶けきれなくなるよね。その状態が飽和なんだ。
そして、そのような水溶液のことを飽和水溶液と呼ぶんだ。これは覚えておいてね！
次に大切なのは溶解度という概念だよ。これは、ある温度の水100グラムに溶ける物質の最大量のことを指すんだ。物質によって溶解度は違うし、温度によっても変わるんだ。
この溶解度の変化を図で表したものを溶解度曲線というんだ。例えば、硝酸カリウムの溶解度曲線を見てみよう。20℃では水100gあたり約32gの硝酸カリウムが溶けるけど、80℃では約170gも溶けるんだ。このように、温度によってどのくらい物質が溶けるかがわかるんだよ。
さて、ここからが本題の溶質のとり出し方だ！
水を蒸発させる方法： これは簡単！水溶液を熱して水を蒸発させると、溶けていた物質が残るんだ。例えば、塩化ナトリウム（食塩）の水溶液を熱すると、水が蒸発して塩の結晶が残るよ。
温度差を利用する方法： これは面白いよ。温度が下がると溶解度も下がるから、熱い飽和水溶液を冷やすと、溶けきれなくなった物質が結晶として出てくるんだ。例えば、ミョウバン（結晶）や硝酸カリウムでこの方法がよく使われるよ。
再結晶： これは純度の高い結晶を得るのに使う方法だよ。不純物を含む物質を熱湯に溶かし、その溶液を冷やして結晶を作るんだ。不純物は溶けたままなので、きれいな結晶だけを取り出せるんだよ。
ろ過： これは水に溶けない物質を取り除く方法だよ。水溶液をろ紙に通すと、溶けていない物質はろ紙に残り、溶けている物質は水と一緒に通過するんだ。
これらの方法を使うと、混合物から純物質を取り出すことができるんだ。ここで、混合物と純物質の具体例を挙げてみるね。
混合物の例：
海水：塩化ナトリウム（食塩）と水、そして他のミネラルの混合物だよ。
空気：窒素、酸素、二酸化炭素などのガスの混合物だね。
砂糖水：砂糖と水の混合物だよ。
純物質の例：
蒸留水：H2Oだけでできた純粋な水だよ。
食塩（塩化ナトリウム）：NaClだけでできた結晶だね。
銅：Cuだけでできた金属だよ。
例えば、海水（混合物）から食塩（純物質）を取り出す場合を考えてみよう。海水を蒸発させると、水が蒸発して食塩が結晶として残るんだ。これで混合物から純物質を取り出せたね。
最後に、身近な例を挙げてみよう。ショ糖（砂糖）は水によく溶けるけど、温度が下がると溶解度が下がるんだ。だから、熱いお湯にたくさん砂糖を溶かして、それを冷やすと、きれいな砂糖の結晶ができるんだよ。これがキャンディを作る原理なんだ！
さあ、これで基本的な「溶質のとり出し方」について学んだね。難しく感じるかもしれないけど、一つずつ理解していけば大丈夫。水が少しずつ形を変えるように、君たちの理解も少しずつ深まっていくよ。一緒にがんばろう！
溶質のとり出し方にまつわる水の精ウォーターとの会話
生徒：「ねえ、ウォーターさん。溶質のとり出し方って、実際の生活でも使えるの？」
ウォーター：「おっ、いい質問だね！もちろん使えるよ。例えば、君たちが大好きなアイスキャンディを作るときに使われているんだ。」
生徒：「えっ、本当？どうやって？」
ウォーター：「そうだね。アイスキャンディを作るときは、まず水にショ糖（砂糖）をたくさん溶かすんだ。これが飽和水溶液になるまで溶かすんだよ。それを冷やすと、砂糖が結晶になって出てくる。この原理を利用しているんだ。」
生徒：「へぇ〜、そうなんだ。でも、なんで冷やすと結晶が出てくるの？」
ウォーター：「いい質問だね！これは溶解度と関係があるんだ。温度が下がると、水に溶ける砂糖の量（溶解度）も下がるんだよ。だから、冷やすと溶けきれなくなった砂糖が結晶として出てくるんだ。これを再結晶と呼ぶんだよ。」
生徒：「なるほど！でも、砂糖以外の物でも同じことができるの？」
ウォーター：「そうだね、物質によって違いはあるけど、多くの物質でこの原理が使えるんだ。例えば、硝酸カリウムやミョウバン（結晶）なんかもそうだよ。これらの物質の溶解度曲線を見ると、温度によってどれくらい溶けるかがわかるんだ。」
生徒：「溶解度曲線？それって難しそう...」
ウォーター：「大丈夫、難しく考えなくていいんだよ。溶解度曲線は、温度と溶ける量の関係を示したグラフのことなんだ。例えば、硝酸カリウムの場合、20℃では水100gに約32g溶けるけど、80℃では約170gも溶けるんだ。これをグラフにすると、温度が上がるにつれて溶ける量が急激に増えていく曲線になるよ。これを見れば、どの温度でどれくらい物質が溶けるかがひと目でわかるんだよ。」
生徒：「へぇ、面白そう！でも、水に溶けない物は取り出せないの？」
ウォーター：「いい質問だね！水に溶けない物はろ過という方法で分けることができるんだ。例えば、砂と塩の混ざったものがあったとしよう。これに水を加えると、塩は溶けるけど砂は溶けないよね。この水溶液をろ紙に通すと、砂はろ紙に残り、塩水だけが通り抜けるんだ。これがろ過という方法なんだよ。」
生徒：「へぇ〜、化学ってすごいね！身の回りのいろんなところで使われているんだね。」
ウォーター：「そうだよ！化学は私たちの生活のあちこちで活躍しているんだ。これからもっといろんなことを学んでいけば、もっと面白い発見があるはずだよ。一緒に頑張っていこう！」
練習問題と解説
さあ、みんな！ここからは楽しい練習問題の時間だよ。水の精ウォーターと一緒に挑戦してみよう！
（1）水100gに対して、20℃で最大40gの砂糖が溶けます。この時の砂糖の溶解度はいくらですか？
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解答：40g/100g
解説：溶解度は、水100gに溶ける物質の最大量のことだよ。この問題では、水100gに対して最大40gの砂糖が溶けるから、溶解度は40g/100gになるんだ。
（2）ある物質の20℃における飽和水溶液を40℃まで温めたところ、さらに10g溶かすことができました。この物質の溶解度の変化を説明してください。
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解答：溶解度が増加した
解説：温度が上がると、多くの物質の溶解度は増加するんだ。この問題では、温度が上がったことでさらに物質を溶かすことができたから、溶解度が増加したことがわかるね。
（3）塩化ナトリウム（食塩）の水溶液から純粋な塩化ナトリウムを取り出す方法として最も適切なのはどれですか？
a) ろ過 b) 水の蒸発 c) 再結晶
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解答：b) 水の蒸発
解説：塩化ナトリウムは水によく溶けるけど、水を蒸発させると結晶として残るんだ。ろ過は溶けていない物質を分離するのに使うし、再結晶は不純物を含む場合に使う方法だから、この場合は水の蒸発が最適だね。
（4）ミョウバンの結晶を作るのに最も適した方法はどれですか？
a) 水の蒸発 b) ろ過 c) 温度差を利用する方法
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解答：c) 温度差を利用する方法
解説：ミョウバンは温度によって溶解度が大きく変わる物質なんだ。熱い飽和水溶液を冷やすと、溶けきれなくなったミョウバンが美しい結晶として析出するよ。だから、温度差を利用する方法が最適なんだ。
（5）不純物を含む硝酸カリウムから純粋な結晶を得るのに最適な方法は何ですか？
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解答：再結晶
解説：再結晶は、不純物を含む物質から純粋な結晶を得るのに最適な方法なんだ。硝酸カリウムを熱湯に溶かし、その溶液を冷やすと、純粋な硝酸カリウムの結晶が析出するよ。不純物は溶液中に残るから、きれいな結晶だけを取り出せるんだ。
（6）次の文章の（ ）に入る適切な言葉を選んでください。 「水にこれ以上物質が溶けない状態を（ ）といい、そのような水溶液を（ ）水溶液という。」
a) 飽和、飽和 b) 濃厚、濃厚 c) 飽和、濃厚
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解答：a) 飽和、飽和
解説：水にこれ以上物質が溶けない状態を飽和といい、そのような水溶液を飽和水溶液というんだ。濃厚という言葉は濃い溶液を表すけど、必ずしも飽和状態を意味するわけじゃないんだよ。
（7）溶解度曲線について、正しい説明はどれですか？
a) すべての物質で同じ形になる
b) 温度と溶解度の関係を示すグラフである
c) 常に右下がりの直線になる
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解答：b) 温度と溶解度の関係を示すグラフである
解説：溶解度曲線は、温度によって物質の溶解度がどう変化するかを示すグラフなんだ。物質によって曲線の形は違うし、必ずしも直線になるわけじゃないよ。だから、bが正解なんだ。
（8）水100gに対して、ある温度でショ糖（砂糖）が最大200g溶けました。この時の水溶液の濃度を質量パーセント濃度で表すといくらになりますか？
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解答：66.7%
解説：質量パーセント濃度は、(溶質の質量 ÷ 溶液全体の質量) × 100 で求められるんだ。 この場合、溶質（砂糖）の質量は200g、溶液全体の質量は水100g + 砂糖200g = 300gだね。 だから、(200 ÷ 300) × 100 = 66.7%になるんだ。
（9）次のうち、混合物の例ではないものはどれですか？
a) 海水 b) 空気 c) 純金
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解答：c) 純金
解説：混合物は、2つ以上の純物質が混ざってできたものなんだ。海水は塩と水の混合物、空気は窒素や酸素などのガスの混合物だね。でも、純金は金（Au）という1つの元素だけでできているから、これは純物質なんだよ。
（10）ろ過の方法を使って分離できる混合物の例として最も適切なのはどれですか？
a) 食塩水 b) 砂と水の混合物 c) アルコールと水の混合物
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解答：b) 砂と水の混合物
解説：ろ過は、水に溶けない固体を水溶液から分離するのに使う方法なんだ。砂は水に溶けないから、砂と水の混合物はろ過で簡単に分けられるよ。食塩水は食塩が水に溶けているし、アルコールと水は両方液体で混ざり合っているから、これらはろ過では分離できないんだ。
よくある質問 (FAQ)
Q: 再結晶とろ過の違いは何ですか？
A: 再結晶は溶けている物質を温度差を利用して結晶として取り出す方法で、主に純粋な結晶を得るために使うんだ。一方、ろ過は水に溶けない固体を水溶液から分離する方法だよ。例えば、砂糖の再結晶では溶かした砂糖を冷やして結晶を作るけど、砂と水の混合物のろ過では砂をろ紙で濾し取るんだ。
Q: 日常生活で溶質のとり出し方を使う例はありますか？
A: もちろんあるよ！例えば、海水から塩を作るときに水を蒸発させる方法を使うんだ。また、お茶やコーヒーを入れるときも、お湯に溶けた成分を抽出しているんだよ。さらに、砂糖水からキャンディを作るときも、水を蒸発させて砂糖を取り出しているんだ。
Q: 溶解度が温度によって変わらない物質はありますか？
A: あるよ！塩化ナトリウム（食塩）がその良い例なんだ。食塩の溶解度は温度が変わってもほとんど変化しないんだ。だから、食塩水を冷やしても結晶はあまり出てこないんだよ。
Q: なぜ物質によって溶解度が違うのですか？
A: これは物質の分子構造や、水分子との相互作用の違いによるんだ。例えば、イオン性の物質は水に溶けやすい傾向があるけど、油のような非極性の物質は水に溶けにくいんだ。また、温度によって分子の運動が変わるから、それも溶解度に影響するんだよ。
Q: 混合物と純物質の違いは何ですか？
A: 混合物は2つ以上の純物質が混ざったものなんだ。例えば、海水は塩と水の混合物だね。一方、純物質は1種類の物質だけでできているんだ。例えば、蒸留水や純金がそうだよ。混合物は物理的な方法で分離できるけど、純物質はそれ以上分離できないんだ。
実験レポート：水に溶けた物質の取り出し
メンバー：ユウキ、アヤカ、タロウ
ユウキ：「よーし、今日は水に溶けた物質を取り出す実験だ！何か面白いことが起きるかな？」
アヤカ：「私、ちょっと不安だな...うまくできるかな？」
タロウ：「大丈夫だよ、一緒にやろう！まずは準備物から確認しようぜ。」
【準備物】
・ビーカー 2個
・スプーン
・ろ紙
・ろうと
・ホットプレート
・氷水
・食塩
・ミョウバン
ユウキ：「よし、準備オッケー！じゃあ、実験開始！」
【実験手順と結果】
物質を溶かす
ユウキ：「俺が食塩水作るよ。水100mLに食塩10g...よっと。」
アヤカ：「私はミョウバンを溶かすね。あれ？全然溶けないよ？」
タロウ：「ミョウバンは温めないと溶けにくいんだって。ほら、ホットプレートで温めてみて。」
アヤカ：「あ！本当だ。どんどん溶けていくよ！」水溶液を冷やす
ユウキ：「食塩水はそのままでいいんだって。」
アヤカ：「ミョウバンの方は氷水で冷やすんだね。わぁ、何か出てきた！」
タロウ：「おお！結晶みたいだ！」ろ過や水の蒸発で出てきた物質を観察する
ユウキ：「食塩水、半分をろ過してみるね。...あれ？何も残んないぞ？」
アヤカ：「残りの半分は水を蒸発させるんでしょ？わぁ、白い結晶が出てきた！」
タロウ：「俺はミョウバンの方をろ過するよ。おお！ろ紙に白い結晶がいっぱい残った！」
【考察】
ユウキ：「なんで食塩水はろ過しても何も残らなかったんだろう？」
アヤカ：「それって、食塩が水にすっごくよく溶けるからじゃない？だから水と一緒にろ紙を通過しちゃったんだと思う。」
タロウ：「なるほど！でも水を蒸発させたら結晶が残ったってことは、食塩は水に溶けてるだけで、なくなったわけじゃないんだな。」
ユウキ：「そっか！水だけ蒸発しちゃえば食塩が残るんだ！」
アヤカ：「でも、ミョウバンはどうして結晶が出てきたの？」
ユウキ：「それって、温度と関係あるんじゃない？温めたときはよく溶けたけど、冷やしたら結晶が出てきたし。」
タロウ：「そうか！温度によって溶ける量が変わるんだ。これ、再結晶っていうんだって。」
【まとめ】
3人：「今日の実験でわかったこと！」
ユウキ：「1つ目！食塩みたいに水によく溶ける物質は、水を蒸発させれば取り出せる！」
アヤカ：「2つ目！ミョウバンみたいに温度によって溶ける量が変わる物質は、温度差を利用して取り出せる！」
タロウ：「3つ目！水に溶けた物質を取り出す方法は物質によって違うんだ！」
【感想】
ユウキ：「最初は難しそうだと思ったけど、実際にやってみると結構面白かったな！」
アヤカ：「私も！特にミョウバンの結晶がキラキラ出てきたときは感動しちゃった！」
タロウ：「そういえば、海水から塩を作るときもこんな感じなのかな？」
ユウキ：「おお！そうかも！身の回りでも使われてる原理なんだな。」
アヤカ：「化学って意外と身近なんだね。次はどんな実験ができるかな？楽しみ！」
最後に
みんな、よく頑張ったね！「溶質のとり出し方」について、一緒に楽しく学べてうれしいよ。
君たちは本当によく頑張ったんだ。最初は難しそうに見えた概念も、少しずつ理解できるようになったよね。それって、すごいことなんだ！
水が少しずつ岩を削っていくように、君たちも少しずつだけど確実に成長しているんだよ。今日学んだことは、きっと将来役に立つはずだし、何より科学の面白さを感じてくれたら嬉しいな。
これからも好奇心を持ち続けて、いろんなことに挑戦してほしいな。困ったときは周りの人に相談するのも大切だよ。君たちには無限の可能性があるんだ。
今日はお疲れ様。次はどんな冒険が待っているかな？楽しみだね！