溶解度と再結晶

食塩水を冷やしても、結晶はほとんど出てこない。塩化ナトリウムの溶解度は20 °Cで35.9 g、60 °Cで37.0 gで、水100 gあたりの差は約1 gしかないからだ。硝酸カリウムの約70分の1である。文部科学省の解説も、ミョウバンは温度を下げて、食塩は水を蒸発させて結晶を取り出す実験を例に挙げている。

では、食塩はどう取り出すのか。水を減らせば、温度を変えなくても限度が下がる。水100 gを含む60 °Cの飽和食塩水から水を50 g蒸発させると、限度は18.5 gに下がり、残りの18.5 gが結晶になる。

アグリコラの釜で起きたことも、この違いで説明がつく。底にたまった塩を、温度で溶解度があまり変わらない塩化ナトリウムのような物質とみれば、煮詰めて水が減ると、まず塩が限度を超える。熱い液には硝石が多く溶けていられるが、冷ますと限度が急に下がり、硝石が結晶になる。

再結晶で純度が上がるのも同じ理由だ。硝酸カリウム50 gに塩化ナトリウム5 gが混ざった粉を、60 °Cの水100 gに全部溶かして20 °Cまで冷やす。互いの溶解度への影響を無視すると、硝酸カリウムは$50-31.6=18.4$ g出てくる。一方、塩化ナトリウムの5 gは限度の35.9 gよりずっと少ないので、水溶液に残ったままだ。

少量の不純物は、限度に届かない。

ただし、純度の代わりに量を手放すことになる。この例では硝酸カリウムの6割以上が液に残る。アグリコラも、固まらなかった液を取り分けるか煮直すよう書いた。高い純度が要る材料では、再結晶をくり返すこともある。2025年の共通テスト追試験の化学には、再結晶をくり返した結晶を加熱し、ファインセラミックスに使う高純度の酸化アルミニウムを得る工程が出てくる。