みなさんは「結晶(けっしょう)」といえば、どんなものを思いうかべるでしょうか?

身近なところでは、キッチンにある塩の結晶や、冬に空から降ってくる雪の結晶などありますね!
自由研究のテーマで、ミョウバンを使って大きな結晶作りに挑戦(ちょうせん)した人もいるかもしれません。

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今回は科学教室で行っているビスマスという金属の結晶について紹介します!

【注意】作り方の紹介ではありませんので、おうちでマネしないでください。
とかしたビスマスは大変高温で、ケガや火傷の危険があります。大人でも取りあつかいにとても注意が必要ですので、マネはしないでください。

ビスマスって何?

ビスマス(Bismjth)とは、原子番号83の元素で、元素記号は Bi。第15族元素の一つで、日本では蒼鉛(そうえん)とも呼ばれるものです。

見た目は、銀白色の金属で「融点(ゆうてん)=とける温度」は”271.3 度”と金属の中では低く、例えば鉄の融点は1534度、金だと1064度、銀は961度、銅は1084度です。

ビスマスは、医薬品(整腸剤)の原料として使われている他、融点が低い特徴(とくちょう)を利用して火災報知器にも使われています。

ビスマスチップ
ビスマスチップ

ビスマスの結晶ができるまで

人工で結晶を作るには、純度の高いビスマスが必要です。

まず固体のビスマスを熱してとかし、液体にします。 とかしたビスマスを冷まして結晶を取り出します。

この時、動かしたり振動(しんどう)をあたえたりしてしまうと大きい結晶ができづらくなるので、ゆらさないようそっと見守ります。

科学教室では、ガスバーナーを使ってビスマスをとかしました。
固体から液体へと状態が変化している様子が見られます。

液体になったビスマスをそのまま置いておくと、空気で冷やされた外側から先に固まっていきます。タイミングを見て容器をかたむけることで内側の固まっていないビスマスが流れ落ち、不思議な形をした人工結晶が現れます。

ビスマスの人工結晶の特徴

ビスマスの人工結晶は、逆ピラミッドの形が特徴的で、骸晶(がいしょう)()という種類の結晶です。

このような形になるのは、結晶ができるときにふちの部分から急成長し、真ん中部分がその速さに追いつけず空洞(くうどう)になるためです。

ところで、とかす前のビスマスは銀色だったのに、取り出した結晶は虹のようにいろいろな色に見えます。なぜでしょうか?

それは人工結晶を作る時に、表面が空気中の酸素と結びつくと「酸化膜(さんかまく)」ができるためです。

酸化膜の厚さによって色が変わって見えるのです。その色合いは、金・赤・緑・黄緑・青・水色・紫などがあり、出来栄えは様々です。

結晶(骸晶)の形や大きさなども様々なため、子供から大人まで夢中になる魅力(みりょく)があります!


科学館の2階には、科学指導員や教室の参加者が作成したビスマスの人工結晶の展示があります。

来館された際にぜひ実物もご覧になってください。

担当:科学班

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