結晶作成 の実験
１． 既存の結晶(試薬・標本等）の観察：
試薬中で、単結晶に近いのは チオ硫酸ナトリウム（ハイポ） Na2S2O3・５H2O（単斜晶、ややゆがんだ直方体） くらいで、他は見ても結晶系すら分からない。 鉄ミョウバン FeNH4（SO4）2・１２H2O は、結晶では薄紫色。（溶液は Fe（Ⅲ）の 褐色）
金属や鉱物もきれいに結晶しているものが多い。 ビスマスは作ったもので、歪んだ立方体が重なったような形になっている。 蛍石は ミョウバンと似ている。
§ 結晶系 と 結晶の形：
① 立方晶（等軸晶） ａ＝ｂ＝ｃ、α＝β＝γ＝９０度 ・・・・ 食塩、みょうばん、クロムミョウバン、鉄ミョウバン、硫酸ニッケル（無水）、純鉄（体心立方 ｂｃｃ）、金属ニッケル（面心立方 ｆｃｃ）； 蛍石、岩塩、黄鉄鉱、柘榴石、 結晶の形（＊）：立方体、正八面体、十二面体
② 正方晶 ａ＝ｂ≠ｃ、 α＝β＝γ＝９０度 ・・・・ 硫酸ニッケル（６水塩）； ジルコン 結晶の形：八面体、四角柱状で横断面が正方形
③ 斜方晶（直方晶） ａ≠ｂ≠ｃ、α＝β＝γ＝９０度 ・・・・ 硝酸カリウム、クエン酸、斜方硫黄； 黄玉、かんらん石、紅柱石、 結晶の形：四角柱状、二組の四側面に接続する錘面で構成するバイピラミッド型
④ 単斜晶 β＞９０度、 α＝γ＝９０度 ・・・・ 硼砂、チオ硫酸ナトリウム、モール塩、硫酸鉄（Ⅱ）（緑礬）、赤血塩、黄血塩、塩化コバルト（６水塩）、単斜硫黄； 正長石、 結晶の形：柱状および卓面
⑤ 三斜晶 α≠β≠γ ・・・・・ 硫酸銅（胆礬）； アマゾナイト、バラ輝石、トルコ石、 結晶の形：側面や裏面に傾きがある柱状で卓面を持ったもの
⑥ 六方晶 ａ＝ｂ≠ｃ、 α＝β＝９０度、γ＝１２０度 ・・・・・ 亜鉛、金属コバルト（六方稠密 hcp）； 石英、エメラルド、ベリル、電気石、コランダム、 結晶の形：六角柱状
⑦ 三方晶（菱面体） ａ＝ｂ＝ｃ、 α、β、γ≠９０度 ・・・・・ 塩化コバルト（無水）； 菱鉄鉱、菱亜鉛鉱
結晶系は、これらの ７つに大別される。
これに加えて、原子レベルの単位格子は、原子・分子配列のパターンに応じて単純格子、面心格子、体心格子、底心格子の ４種類に分類される。
＊ どのような結晶の形になるかは、各方向（（１１０）、（１１１）など）への成長速度による。
（参考） 結晶系と単位格子、 結晶系とその形
２． 温度差法による作成：
水溶液中で温度による溶解度の変化が大きい溶質は、溶液の冷却と共に結晶を析出する。 ただし、一般に析出速度が大きいので、微細な核を起点に成長し、どうしても多結晶や粉末になりやすい。
● 硝酸カリウム ＫＮＯ3： ３０ｇを量り取り、熱水に溶かして６５ｍｌとする。 シャーレに入れて空冷。 急成長のため細長い結晶ができるが、もろいので種結晶に使うことはできなかった。
● 臭化カリウム KBｒ： 臭素酸カリウム作成時の飽和溶液（臭化カリウムがわずかに過飽和）から空冷して、一晩おいて晶出したもの。 もろく割れやすい。
● 硫酸銅 ＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏでは、種結晶を吊るしても、溶液の温度が下がるのが早く、急成長し過ぎて多結晶になった。
● 硼砂（四ホウ酸ナトリウム・１０水和物） Ｎａ2Ｂ4Ｏ7・１０Ｈ2Ｏ： ９ｇを １００ｍｌの湯に溶かし空冷して 種結晶を作り、その中でも形の良い物を選んで φ０．３ｍｍ程度のテグスで縛って角棒から吊るしたものを作っておく。 １１ｇを１００ｍｌの湯に溶かして、ろ過し、４０度くらいになったら、作っておいた 種結晶を吊るして ラップをかけ、１２時間ほど室温で放置すると、２センチほどの多結晶ができる。
（硼砂の溶解度： ４．７ｇ/１００ｍｌ（２０℃）、７．２ｇ（３０℃）、１１．２ｇ(４０℃）、３０．３ｇ（６０℃））
保存には、風解性なので、無色マニキュア（ダイソー）を塗っておく。
● クエン酸・一水和物 C6H8O7・H2O （CH2COOH‐C（OH）COOH‐CH2COOH・H2O、３塩基オキシ酸）： ４５ｇを湯２５ｍｌに溶かして冷やし 種結晶を作っておく。 １１０ｇに湯５０ｍｌを加えてさらに加温して溶かし、室温まで冷えたら 種結晶を吊るして（吸湿性なので）ラップをかける。 過飽和度が大きく、しかもゆっくり結晶成長するので、常温で５～６日くらい置くと、２－３センチの単結晶が大きく成長する。（右２つ） （最初間違えて無水物で行ない、多すぎて多結晶になった。(左））
（クエン酸・一水塩の溶解度： １６３ｇ/１００ｍｌ水溶液（２０℃）、 １８０ｇ（３０℃）、 ２１９ｇ（４０℃）、 ２４４ｇ（５０℃）、 ２７７ｇ（６０℃）、 ３２０ｇ（７０℃）、 ３７２ｇ（８０℃））
保存には、潮解性ということでシリカゲルを一緒に入れておくと 逆に風解するので注意。 無水物を一緒に密封容器に入れておく。
３． 自然蒸発法による作成：
大きくてきれいな結晶を作るには、やはり時間をかけて ゆっくり成長させる、自然蒸発法がベストと思われる。
その中でも、透明で形の良い結晶を複数同時に作る方法として、「ころがし法」がある。・・・ミョウバンなど また、種結晶を吊るして大きく成長させる方法もよく用いられる。
● カリ・ミョウバン KAｌ（ＳＯ4）2・１２Ｈ2Ｏ： 最も定番の結晶づくりである。 焼きミョウバンは 溶けにくいので、種結晶も兼ねて 結晶ミョウバンを用いる。 結晶カリ・ミョウバン １３８ｇを量り、８０℃程度の湯 ３００ｍｌ を入れて溶かし放冷し、結晶を出し尽くしてから 溶液をシャーレに入れ、種結晶の結晶ミョウバンを１０粒くらい入れて放置する。 あるいは、ペットボトルなどに結晶ミョウバンと水を入れ、何度もよく振って 飽和溶液を作っておく。
その後は、１日おきに、砂のように出た微細結晶を ゴムベラで一方に掃き寄せ、何もない所に置き直す。 この際、８面体の面積が最も小さい面を下にして 置き直す。 時々液を補充する。 結晶が大きくなったら より深めの容器で行なう。 液は一週間おきくらいで交換する（前の液をろ過）。
＊ ミョウバンもクエン酸と同様に大きく過飽和になるので、温度が下がったばかりの溶液に吊るすと一日で１ｃｍくらいに成長するが、透明度は落ちる。
● クロムミョウバン入り紫ミョウバン： クロム・カリミョウバン ＫＣｒ（ＳＯ4）2・１２Ｈ2Ｏ、あるいは クロム・アンモニウムミョウバン ＮＨ4Ｃｒ（ＳＯ4）2・１２Ｈ2Ｏ を ６～１０ｇ 、結晶カリミョウバン ７５ｇを量り取り、温純水３００ｍｌを加えてよく溶かし、冷えて結晶を出し切ってから、溶液をシャーレに入れて 種結晶（カリミョウバンでも クロムミョウバンでも どちらでも良い）を入れて 放置・管理する。 成長速度はカリミョウバンよりも遅い。 溶解はなるべく低温で行なう。（溶液の色は青～紫色） もし溶解時に４０℃以上に加熱すると、硫酸クロムが非晶質の「緑色塩」になって溶液が緑色になり、色が付かないか、結晶成長が著しく遅くなるので注意。
１～２週間ぐらい成長したら、一部は 無色のカリ・ミョウバンの液に入れ、内側は紫で外側を無色透明のミョウバンを作ることもできる。
● 立方体ミョウバン： ミョウバン液に硼砂を加えて 結晶ミョウバンの粒の上に成長させると、硼砂が「媒晶体」となって、（１１１）方向に最も速く成長して 次第に立方体になっていく。（通常のミョウバンは（１００）方向が速いので 正８面体になる。）
結晶カリミョウバン ２２ｇに １００ｍｌの湯を加えて溶かし、これに 硼砂 ８ｇを入れて さらに加熱して、一時的に生じた水酸化アルミニウムの沈殿を完全に溶かす。
シャーレに溶液を入れ、結晶カリミョウバンの粒を５～６個入れて種結晶とする。 四角形の面が現れたら、この面を下にして 成長させる。
溶液中のミョウバンの量は減り 硼砂は変わらないので、３日おきに 新規の液に交換する。
● 硫酸銅 CuSO4・５H2O： これも結晶づくりの定番で、比較的大きな結晶が得られる。 ５水塩の結晶硫酸銅 １５０ｇを量り、純水と共に加熱して溶かして３００ｍｌの溶液とする。 これに、２～３ｍｌの５０％硫酸を加えて 長期間放置しても沈殿が生じないように液を安定化する。 液を一晩置くと、結晶がいくらかできるので、ろ過して、その中から種結晶を集める。 大きさではなく形の良いものを選んで 机に貼ったテープに固定し、φ０．２５～φ０．３ｍｍのテグス糸に結び目を作って 引っ張って、種結晶を結ぶ。（硫酸銅は ひし形なので 非常に縛りにくい。）
これを３００ｃｃのコニカル・ビーカーに入ったろ液に吊るし、長時間、ほこりがかからず、なるべく温度が一定の場所に放置して、ゆっくり結晶を成長させる。 ３、４日おき位に 結晶を確認し、もし側面などに結晶がつき始めたら 指の腹や爪で こそぎ落とす。（それほど毒性はない） 一週間に一度くらい、液を補充する。 （時間の都合で１か月で止めにしたが、もっと続ければ硫酸銅はいくらでも大きくなる。）
風解性があるので、無色マニキュア（ダイソー）を塗っておいた。
● モール塩 Ｆｅ（ＮＨ4）2（ＳＯ4）2・６Ｈ2Ｏ： 硫酸第一鉄（硫酸鉄（Ⅱ）） ＦｅＳＯ4・７Ｈ2Ｏ ８４ｇ、 硫安（硫酸アンモニウム） （ＮＨ4）2ＳＯ4 ４０ｇ を量り取り、純水を入れて８０℃くらいに温め 約２２０ｍｌの溶液とする。（１００℃では結晶水を失う） 硫酸銅と同様に ５０％硫酸を１～２ｍｌ入れて 溶液を安定化する。 これを空冷して ろ過して、出てきた種結晶を集める。 ろ液を２００ｃｃトール・ビーカーに入れ、種結晶を吊るす。 もし、鉄酸化物が沈殿してくれば、普通の濾紙でろ過して除く。（コーヒー・フィルターでは素通りする。） （筆者は、初め 硫酸を入れなかったので、結晶核が多発し 多結晶になってしまった。）
風解性があり、また 酸化による変色を防ぐため、無色のマニキュアを塗っておく。
● フェリシアン化カリウム（赤血塩） Ｋ3Ｆｅ（ＣＮ）6： ９０ｇを量り取り、温純水に溶かして ２００ｍｌとする。 空冷、ろ過して、種結晶を集め、２００ｍｌのトール・ビーカーに入れたろ液に吊るして、同様に放置・管理する。 溶液の色は黒くて見えないので、時々引き上げて様子を確認する。
● フェロシアン化カリウム（黄血塩） Ｋ4Ｆｅ（ＣＮ）6・３H2O： １５０ｇを量り取り、温純水に溶かして ３００ｍｌとする。 空冷、ろ過して、種結晶を集め、３００ｍｌのコニカル・ビーカーに入れたろ液に吊るして、同様に放置・管理する。 １か月くらいすると、液が”腐って”容器の内面に這い上がって粉状に覆うので、もしこれ以上成長させたいなら、最初から作り直した新液と入れ替える。
● 斜方硫黄 と 単斜硫黄： （換気注意）
非水系では、硫黄（S8、S8 とは ８個の硫黄原子で環状のクラウン型分子）は、常温で二硫化炭素溶液から晶出させると 斜方硫黄（α硫黄； ９６℃以下で安定）になる。（ベンゼン、トルエンには少量溶解）
硫黄 S8（９９．９％） １５ｇを、二硫化炭素 CS2（有毒） ５０ｍｌに溶かし、２本の太試験管に均等に入れ、二硫化炭素は揮発性が高いので ティッシュを丸めて栓にして、常温でゆっくり蒸発させる。 ５日目頃から急に結晶ができて、８、９日目あたりで液が少し残っている状態で、結晶をろ紙上に取り出す。 （残念ながらせっかくできていた大きな結晶を取り出す時 割ってしまった。）
シャーレで蒸発させると、平べったい小さな、しかし 形のわかる結晶が見られる。
また、やっと溶けるくらいの低温で溶融した硫黄を漏斗に乗せたろ紙に流し込み、ある程度固まった時に開いて現われる 単斜硫黄（β硫黄（単斜）、γ硫黄（針状晶）； ９６～１２０℃で安定）がある。 これらは常温にしばらく置くと斜方硫黄に戻る。
２５０℃あたりを中心に 直鎖状の分子（Sｎ、ｎ＝５０万個以上）となり粘性を増し、それ以上の温度から急冷するとゴム状硫黄となる。 ゴム状硫黄は通常は黒褐色で、高純度硫黄の場合黄色になる。 これも 常温でしばらく置くと斜方硫黄に戻る。
§ その他、水溶液からさらに透明度の高い、形の良い結晶を作る方法として、「密度拡散法」があります。 １か月くらいでミョウバン、硼砂、クエン酸などのきれいな透明結晶ができるそうです。 ただし、装置を作らなければならないので 一旦置いておくことにしました。
