溶解度と再結晶シミュレーター（硝酸カリウム水溶液）Solubility and Recrystallization Simulator (Potassium Nitrate Solution)

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 20℃の水100gに硝酸カリウムを100g入れると、全部溶けるだろうか。If you put 100 g of potassium nitrate into 100 g of water at 20 °C, will it all dissolve?💡 砂糖や食塩も、いくらでも溶けるわけではないことを思い出そう。Remember that even sugar or salt cannot dissolve in unlimited amounts.
2. 全部溶けた硝酸カリウムの水溶液を冷やしていくと、ビーカーの中はどうなるだろうか。If you cool a potassium nitrate solution in which everything has dissolved, what will happen in the beaker?💡 溶ける量の限度が、温度によって変わるかどうかを考えよう。Think about whether the limit on how much can dissolve changes with temperature.

2動かしてみようTry it

1. 「温度（目標）」20℃、「KNO₃の量（水100gあたり）」100 g の状態で、「溶けている量」「結晶（析出）」「状態」とビーカー底の結晶を観察する。With "Target temperature" at 20℃ and "KNO₃ added (per 100 g water)" at 100 g, look at "Dissolved", "Crystals", "State" and the crystals at the bottom of the beaker.
2. 「100℃まで加熱」を押し、結晶が溶けていく様子とグラフ上の ● の動きを見る。Press "Heat to 100℃" and watch the crystals dissolve and the ● marker move on the graph.
3. 「温度（目標）」を 60℃、続いて 40℃ に下げ、それぞれの「溶けている量」「結晶（析出）」「状態」を記録する。Lower "Target temperature" to 60℃ and then to 40℃, and record "Dissolved", "Crystals" and "State" each time.
4. 「0℃まで冷却」を押し、出てくる結晶の量を記録する。Press "Cool to 0℃" and record the amount of crystals that form.
5. グラフの KNO₃ 飽和曲線と、うすい破線の NaCl（ほぼ平ら）の曲線の形を比べる。Compare the shape of the KNO₃ solubility curve with the faint dashed NaCl (almost flat) curve on the graph.

3確かめようCheck

1. 20℃で KNO₃ を 100 g 入れたとき、溶けている量と結晶の量はいくらか。At 20℃ with 100 g of KNO₃ added, how much is dissolved and how much is crystals?→ 溶けている量 32 g（20℃の溶解度）、結晶 68 g。状態は「飽和」。32 g is dissolved (the solubility at 20℃) and 68 g is crystals. The state is "Saturated".
2. 60℃と100℃では、状態はどうなっているか。What is the state at 60℃ and at 100℃?→ どちらも 100 g すべてが溶けて結晶は 0 g、「不飽和」（溶解度は 60℃で 110 g、100℃で 246 g なので、まだ溶ける）。In both, all 100 g is dissolved, crystals are 0 g, and the state is "Unsaturated" (solubility is 110 g at 60℃ and 246 g at 100℃, so more can still dissolve).
3. 100℃から 40℃、0℃ へと冷やしたとき、出てきた結晶はそれぞれ何 g か。When cooled from 100℃ to 40℃ and then to 0℃, how many grams of crystals form at each temperature?→ 40℃では溶けている量 64 g・結晶 36 g、0℃では溶けている量 13 g・結晶 87 g。溶けている量と結晶の合計はいつも 100 g。At 40℃, 64 g is dissolved and 36 g is crystals; at 0℃, 13 g is dissolved and 87 g is crystals. Dissolved plus crystals always adds up to 100 g.
4. KNO₃ 100 g がちょうど全部溶けきるのは、およそ何℃か。グラフから読み取ろう。From the graph, at about what temperature does exactly 100 g of KNO₃ just dissolve completely?→ およそ 56℃（56℃で溶解度約 100 g）。これより低い温度では結晶が出てくる。About 56℃ (the solubility is about 100 g there). Below this temperature crystals appear.

4考えようThink further

1. 食塩（塩化ナトリウム）の水溶液を冷やしても、結晶がほとんど出てこないのはなぜか。では食塩の結晶を取り出すにはどうすればよいか。Why do hardly any crystals appear when a salt (sodium chloride) solution is cooled? How could you get salt crystals out instead?→ グラフのとおり NaCl の溶解度は温度によってほとんど変わらない（約 36〜39 g）ので、冷やしても溶けきれなくなる量がわずかだから。水を蒸発させれば結晶を取り出せる。As the graph shows, NaCl solubility hardly changes with temperature (about 36–39 g), so cooling makes very little extra solute. Evaporating the water lets you get the crystals.
2. 再結晶は、不純物を含む物質から純粋な物質を取り出すのに使われる。なぜこの方法が役立つのか。Recrystallization is used to get a pure substance from an impure one. Why does this method work?→ 高温で溶かしてから冷やすと、目的の物質は溶解度が下がって結晶として出てくるが、少量の不純物は溶解度の限度に達しないので水溶液中に残るから。When the mixture is dissolved hot and then cooled, the wanted substance exceeds its lower solubility and crystallizes, while the small amount of impurity stays below its limit and remains in the solution.

よくある誤解Common misconceptions

• 溶けて見えなくなった物質はなくなったと考える。→ 粒子として水溶液中に残っており、冷やすと再び結晶として出てくる（溶けている量＋結晶の合計は変わらない）。Thinking a substance that dissolves and disappears from view is gone. → It remains in the solution as particles and comes back as crystals on cooling (dissolved plus crystals stays the same).
• どの物質も温度を上げれば同じように溶ける量が増えると考える。→ KNO₃ は大きく増えるが、NaCl はほとんど変わらない。Thinking every substance dissolves much more at higher temperature in the same way. → KNO₃ increases a lot, but NaCl hardly changes.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)