【自由研究】砂糖の結晶の作り方:数時間で結晶完成の超裏技も紹介!

   

 

ホームスクーリング(家庭学習)のプロジェクトのひとつとして、6歳の息子と砂糖の結晶作りを行いました。

年齢が低いこともあり、溶液の飽和状態についてなど、化学の話はごく簡単に触れただけでしたが、「結晶作りは予想以上に時間がかかる」こと、「実験中の思いもよらないハプニングは付き物」など、実験そのものに対する気付きが多々あったので、学びのある課題となりました。

勿論、息子の狙いはできあがった結晶を食べることだったので、息子の「ワクワク・楽しい実験」リストに間違いなくランクインしました(^∇^)

 

当記事は、実際に息子と一緒に行った結晶作りの詳細と、実に賢い結晶作りの裏技を紹介しています。お楽しみください♪

 

 

子供と楽しむ簡単な工作 その9「自由研究:砂糖の結晶」

 

このプロジェクトでは、種結晶を使用しない砂糖の結晶の作り方を採用しました。

例えば氷砂糖を種結晶に使用する場合は、面がかなり整った大結晶を作ることが可能です。

私たちが種結晶を使用しなかった理由は、単純に私の住む村では氷砂糖が入手できない点と、息子のためにできる限りプロセスを簡単にしたかったためです。

 

それでは早速、砂糖の結晶作りの詳細な工程を見ていきましょう!

 

用意するもの

  • 水       1カップ
  • 砂糖(上白糖) 3カップ
  • ガラス容器
  • 割り箸(棒状のものであれば何でも良い)
  • 液体状の食用色素(食紅) ※着色したい場合のみ
  • ぺーバータオル、またはアルミ箔

 

下準備

ガラス容器をしっかりと洗っておく。できあがった結晶を食べるのであれば更に重要。

 

手順

  1. 鍋に分量の水を入れ、火にかける。
  2. 水が沸騰したところで、水の3倍量の砂糖を、数回に分けて鍋に加える。
  3. 砂糖が最大限に溶けるよう、溶液をかき回し続ける砂糖が溶け切れないのが判断できた時点で、砂糖を加えるのを辞める。
  4. 好みの食用色素を数滴たらし、軽くかき混ぜる。(着色する場合のみ)
  5. 溶液の温度が下がるまでしばらく待つ。
  6. その間、割り箸(鉛筆でもフォークでも、棒状であれば何でも良い)に糸を結んでおく。糸の長さは、成長していく結晶が瓶の底や側面にくっつくことがないよう、調節すること。つるした糸の先端が、瓶の中くらいに届く位置が目安。
  7. ガラス瓶にほこりなどが付いていないことを確認し、溶液を注ぐ。鍋の底に、溶け切れなかった砂糖が沈殿している場合は、沈殿した砂糖をガラス瓶に入れないこと。
  8. 工程⑥で用意した糸を、溶液にゆっくりと落とす。
  9. ペーパータオルやアルミ箔をかぶせ、ほこりが溶液に混入するのを防止する。
  10. 数週間に渡り、砂糖の結晶が成長していくのを観察・記録する。

 

留意点

  • 水晶に色を付ける必要は全くないが、見た目が綺麗で、特に年齢の低い子供たちが喜ぶ。
  • ガラス瓶が割れるのが心配な場合、または、溶液の温度が下がるまで待ちたくない場合は、あらかじめガラス瓶を温水などで温めておく。
  • 溶液にほこりが混入したり、溶け切れなかった砂糖が混入すると、それを核として、そこから結晶が生成されはじめるので注意。(上記、工程⑦に関連)

 

 

結果・感想

砂糖の結晶の育成開始から、ちょうど5週間(35日間)後に取り出した結晶の写真がこちら。

約5.5㎝の、実に美しい、大きな青い結晶ができあがりました。

6歳の息子の言葉で表現すると「アメジストクラスターと一緒だ!!」

勿論、息子は1ヵ月以上待たされた結晶を食べたくて仕方がなかったので、計測が終わった途端に結晶を味見。「思ったより甘くない」というのが彼の感想です(^∇^)

 

ここでひとつ暴露話が。

実験中はできる限りの工程を子供自身に行わせるのが私の方針なのですが、今回は着色料を入れる工程で、息子が青色の食用色素のボトルを強く押し過ぎたために、ボトルの中ブタが見事吹き飛ぶ、という事態が発生。結果的に1カップの水に対いて着色料を3.5ml近く使ったことに。

「手順」でも明らかなように、実際に要する着色料は数滴。1滴を約0.05mlとし、推奨使用量は0.15ml程度。よって、23倍以上の濃度で着色をしました\(;゚∇゚)/

という訳で、ご想像の通り、私たちの使用した溶液は真っ青を通り越した深海の色になり、実は瓶の中がほぼ見えない状態で続行しました。

やり直そうかな、とも思ったのですが、こういうハプニングも実験の醍醐味なのです♪

 

結果、35日間の待ち時間中、観測をしていたのは、瓶を上から見たアングルのみ。

「それなりに結晶が成長していそうだなぁ」程度でしたね。

はい、正確には、観測ができませんでした。

 

そして、瓶から結晶を取り出し、溶液を注ぎ出したらびっくり!!

 

 

瓶の底・側面の半分が成長した結晶で覆われているではないですか!まるで鍾乳洞のよう(ノ*゚▽゚)ノ

 

私の推測では、瓶の周り中に結晶が成長したのは、以下の3点が主な理由です:

  1. 深海色で瓶の中がほぼ見えなかったために、ほこりが混入しても気付かなかった
  2. 思った以上に、溶け切れていない砂糖が混入していた
  3. 使いまわしている瓶なので、瓶にそもそも小さな傷が多数存在していた。

 

これは後から調べて分かったのですが、瓶の小さなひびや傷でさえも砂糖の結晶の核になり得る、とのこと。

 

それにしても、取り出した結晶よりも、瓶そのものにできた結晶のほうが総量からすると多かったのは、ちょっとしたショックでしたね。

もう少し気を配っていれば、糸にできた結晶が断然大きくなっていた可能性もあります。(と言いつつ、砂糖の大結晶を作るのは、そもそも難しい、という情報もありますが)

 

着色料の入れすぎるというハプニングのおかげで、私自身にも新しい学びがありましたので、やはりどんな実験も無駄になることはない、ということですね(*゚ー゚)v

 

 

4時間でロックキャンディ(砂糖の結晶)を作る超裏技

私の若かりし頃のように、提出期限ギリギリになるまで課題を一切やる気になれず、気付けば明後日から学校。

「マズイ、自由研究課題、何も手を付けてない!」と焦っている、そこのあなた。

朗報です☆

 

通常、最低1週間はかかる砂糖の結晶作りですが、ユーチューバーのTrollFaceTheMan氏が、なんと4時間で結晶を作る方法を考案し、ユーチューブにて一般公開しています。

 

当結晶は、実験を目的とした砂糖の結晶(息子が作った上記の青い結晶)とは若干異なり、正確には英語でロックキャンディと呼ばれるものです。

↑こちらがロックキャンディと呼ばれるお菓子で、海外では子供たちの誕生日パーティーなどで良く登場します。

 

以下の記述内容は、私が砂糖の結晶実験について情報収集している際に、偶然YouTubeで目に留まった、TrollFaceTheMan氏のFew Hour Rock Candy! How to make in 4 hour or less (Great Last Day Science Fair Project!!)をもとにしています(英語のみ)。

私自身はまだこの方法で結晶を作っていませんので、自身の意見を交えずに、動画のままの情報を日本語で要約してお伝えしています。

 

それでは早速、詳細を見て行きましょう♪

 

用意するもの

  • 水   1カップ
  • 砂糖  4カップ(動画ではグラニュー糖を使用、下記コメント欄参照)
  • 料理用温度計(油の温度などが測れるもの)
  • 耐熱容器(耐熱温度105℃以上)
  • 棒状のもの(ボールペンや割り箸など)
  • 液体状の食用色素(食紅) ※着色したい場合のみ

 

手順

  1. アナログの料理用温度計を使用する場合は、あらかじめ温度計を鍋の中に設置しておく。温度計の先端が鍋の底に触れないようにすること。
  2. 鍋に分量の砂糖と水を入れ、強めの中火にかける。
  3. 砂糖が焦げ付かないよう十分に注意を払いながら、溶液を頻繁にかき混ぜる
  4. 温度管理が最重要ポイントなので、常に温度計を確認する。最終的に、溶液を110℃まで加熱する必要がある。
  5. 溶液からできる限りの水分を飛ばす。砂糖が泡をふきはじめても全く問題はないが、その場合は火加減を調節する。
  6. 溶液を加熱している間、棒状のものに糸を結んでおく。糸を吊るした状態で、糸の先端が容器の底から2・3センチ上の位置に来るようにする。
  7. 溶液が煮詰まって来て透明化して来ると、シロップ状になった証拠。(動画7分10秒の状態を参照)
  8. ここで火をとめ、溶液が104.5℃になるまで冷ます
  9. 着色したい場合は、ここで食用色素を加える。
  10. 工程⑥で用意した糸を冷ましている溶液に良く浸し、その後、グラニュー糖を糸全体にまぶす。これで種結晶の準備のできあがり。
  11. 容器に糸を垂らし、ゆっくりと溶液を容器の側面から注いでいく。この時、溶液が周りや肌に付かないよう、超要注意
  12. 糸が浮こうとする場合があるが、糸を数回上下に動かすことで容器の中で安定させる。
  13. 待つ。(動画9分7秒~10分55秒タイムラプスを紹介している)
  14. 4時間後、容器からゆっくりと糸を取り出す。場合によっては、スプーンなどを使用する。
  15. 取り出した糸を別の容器に吊るしてしばらく放置し、余分な液を取り除く。
  16. 最短ロックキャンディのできあがり(動画11分35秒が完成品)
  17. シロップが固形化するため、使用した容器はなるべく早い内に洗う

 

コメント

  • 高温の溶液を扱うため、小中学生が当ロックキャンディを作る場合は、必ず保護者の監視下で行って下さい。
  • 温度管理が最重要なので、料理用温度計の使用が必須100℃以上を計測するため、体温計では代用不可です。
  • 動画ではグラニュー糖を使用しています。私自身はこの工程を追っていないので、上白糖でも同じ成果物ができるかどうかは確認していません。上白糖はショ糖97.6%、グラニュー糖は99.9%と、純度が異なるため、結果に違いが出る可能性は十分あると私は推測します。

 

  • 動画の途中でTrollFaceTheMan氏は、補足で科学的な説明をしています。「何故、砂糖水を煮詰め続けているにも関わらず、砂糖が結晶化するまで長い時間を要するのか」という問いに対して2つの理由を述べています。1点目は、砂糖水が過冷却の状態であること(Supercooling、スーパークーリング)。過冷却とは、液体が凝固点に達しても液体の状態を維持し、凝固が開始しない状態のことです。2点目は、核になるものの不在を挙げています。つまり、種結晶にあたるもの、の不在です。これは、容器のひびやほこりでも十分に核になることが可能です。

 

 

それにしても、ロックキャンディの作成は、通常最低1週間は要するプロセスなので、それを4時間に短縮させるとは脱帽ものですね(‘-‘*)♪ 近いうちに我が家でもこの裏技を実践してみます!

 

それでは以上、2通りの砂糖の結晶作りの方法の紹介でした。

楽しい実験時間を過ごされることを祈って☆

 

 

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