大阪市立科学館研究報告 23, 125 - 128 (2013)

科学教育実践セミナー「結晶と結晶模型の作成」 および夏休み自由研究「結晶ってなんだろう」実施報告
長 谷 川

能 三 ＊

概 要
２０１２年の夏 休 み期 間 中、結 晶 と結 晶 模型の作成について科学教育実践セミナー「結晶と結晶模型の作 成 」と題して教 員 対 象 の研 修 を行 ない、その実践として小・中学生を対象に夏休み自由研究「結晶ってなんだろう」という教室 を実施 したので、その内容、工夫点等について、ここで合わせて報告する。

１．はじめにきさは違うが氷砂糖と同じような形をしていることも確認

２０１２ 年 夏 の 科 学 教 育 実 践 セミナーでは、 化 学 分してもらった。

野の実 習 として結晶 と結 晶 模 型 の作 成 を行 なった。ままた、 顕 微 鏡で 覗 いて見え た様 子は、 携 帯 電 話 のた、 小 中 学 生 を対 象 に、 同 様 の 内 容 で 実 践 も行 なっカメラ等で 撮 影できることも紹 介した。これはコリメートた。結 晶 の 分 野 は 化 学 と物 性 物 理 にまたが った分 野法と呼ばれる方 法で、 目で 覗くのと同じようにカメラでであり、その中でも結 晶そのものの作 成は化学 よりでは顕微鏡を覗いて撮影するのである。この場合、カメラのあるが、結晶模型の作 成は物 性 物 理の結 晶構 造の分レンズ径が小さくないと撮影できないので、一眼 レフタ野である。

イプのカメラ等ではなく、携帯電話のカメラやコンパクトデジタルカメラでもレンズ径の小さなものが適している。

２．実施日・参 加 者等

ただ、顕微 鏡の光 軸とカメラの光軸を合わなければな

２-１．科学教育実践セミナー

らないの で、う ま く 撮 影 するに は 少 し慣 れが 必 要 で あ

２０１２年８月８日(水)参 加２４人

８月９ 日(木)

参加２１人る。

２-１．夏休み自由研 究日

時：２０１２年８月１０日（金）１４：００～１６：００

対

象：小学 ５年 生～ 中学 ３年 生

参加費：１０００円
参加者：３１人
３．内容
３-１．結晶の観察
塩 、グラニュー糖 、ミョウバンの粒 を顕 微 鏡 で見ることによって、ひとつひとつの粒が同じような形をしていることや、その形は塩 とグラニュー糖とミョウバンで異なることを観察してもらった。また、グラニュー糖の粒は、大*大阪市立科学館学芸員
ｈａｓｅｇａｗａ＠ｓｃｉ-ｍｕｓｅｕｍ．ｊｐ

写真１．顕微鏡で見た塩の粒長谷川 能三が多いが、小さな種結晶を弾力性があり表面がつるつるしたテグスで結ぶのは難 しい。今 回は、比較 的 簡 単にできる方 法として、 細い銅 線 を火で熱 くして種 結 晶に突き刺す方法をとった。また、短時間で結晶を成 長させるため、徐々に温度を下げる方法をとった。
今回は 結晶を成 長させている間に、結 晶模 型 の作成を行なった。
３-３．結晶模型の作成
結晶の外形がある程度 決まった形をしているのは、原子（または分子やイオン）が規則正しく並んでいるからである。この様 子を実感するために、結 晶 模型 の 作成を行なった。
結 晶 模 型 の 作 成 には、 既 製 品の 結 晶 模 型 作 成 パーツ以外に、折り紙など紙を使うもの、発泡スチロール球を竹串などでつなぐものなどがある。しかし、既製品
写真２．顕微 鏡で見たグラニュー糖の粒はコストが高く、紙を使うものは作 成にかなり手 間 がかかる。また、発泡スチロール球を竹串などでつないだものはきれいに作るのが難しく、形も崩れやすい。
そこで今回は、発泡スチロール球をグルーガン（ホットボンド）で接着する方法をとった。通常の接着剤では固まるまでに時間がかかるため、次々に発 泡スチロー
ル球を接着していくのには時間がかかる。また、発泡スチロールが溶けてしまう接 着 剤が多いため、使 用できる接着剤の種類が限られる。
これに 対し、グルーガンは、グルースティ ックを熱で融かして接着面につけ、温度が下がると固まって接着されるというものであるため、短時間で接着が可能である。また、発泡スチロールを溶かすこともない。グルーガ
ンで発泡スチロールを接着した場 合、接着 力はあまり強くはないが、結晶模 型の作成には十分である。また間違って接着した場合に、取り外すことも可能である。
さらに、一 般 的な白いグルースティ ックを使 用する と、写真３．顕微 鏡で見たミョウバンの小さな結晶発泡スチロールを接着しても目立たないという利点もある。

３-２．結晶の作成
結 晶 の 作 成 につ いては、 ミョウバン を用 いた。 結 晶
水 を含 んだ ミョウバンの 方 が 溶 かしやすいが、 今 回 は小・中 学 生が入 手しやすいものとして、スーパーマーケットで売 られている焼 きミョウバンとした。焼 きミョウバンの場 合 には、 水 溶 液 を作 るとき に十 分 沸 騰 させることが必要である。また、ミョウバンで結 晶 を作 成 する場合には、結 晶 水 を含むかどうかやミョウバンの種 類によって飽和 水 溶 液 を作 るのに必 要 な水 の 量 が異 なるので注意が必要である。
今 回 は、１時 間 程 度 の限 られた時 間 で行 なうため、予め種結晶は作っておいた。また、種結 晶を溶液につり下げるためにテグスで結ぶ方 法が紹 介されていること

写真４．グルーガン

科学教育実践セミナー「結晶と結晶模型の作成」 および 夏休み自由研究 「結晶ってなんだろう」 実施報告

グルーガンは、ホームセンター等 では１０００円 前後

４．まとめで販売されているが、安 価なものは一 部の１００円均一

今回は、結晶の観察、結晶の作成、結晶模型 の作ショップでも扱 っている。このため、参 加 者 一 人 一人が成という３つのことから、結晶とはどういうものかをイメー使 用 するだけで なく、 持 ち帰 ってもら い、 結 晶 模 型 のジしてもらった。

作 成を続けてもらうことも可 能である。ただ、グルーステ

しかし、多人数で行なう教室の場合、短時間で実際ィックを融かすため、グルーガンの先 端 は熱 くなるのでに結晶を作成してもらおうとすると、溶液の状態等にば注意が必要である。

らつきがあったためか、結晶をうまく成長させられないこ

今 回 は、 図 １・ 図 ２ のよう な結 晶 模 型 の 設 計 図 を用ともあり、難しかった。

意し、単 純 立 方 格 子 、面 心 立 方 格 子 、六 方 最 密格子

結晶模 型の作成では、発泡スチロール球を三 角形の３種 類 の結 晶 模 型 を作 成してもらった。面 心 立方格に接着していったにもかかわらず立方体（面心立 方格子 と六 方 最密 格 子 は、同 じように発 泡 スチロール球を子）になることは意外であったようである。

三角形や六角形に組んだものを、重ね方を変えるだけでどちらを作ることもできる。

科 学教 育 実 践セミナーに 参加した教 員では、実際に結晶を作ったことのある人が多かったが、アンケートさらに、 夏 休 み 自 由 研 究 では 発 泡 ス チロー ル球はでは、「準備充実で、とてもわかりやすかった」「結晶を多 めに用 意し、発 泡 スチロール球 とグルーガンおよび実際に作ったことがなかったため、作ったことで、より解大きな結晶模型の設計 図を持ち帰ってもらった。

り、やってみることの大 切さに 気づいた」「正八 面 体の結晶構 造を理解させるうえでとても参考になった」という意見・感想も寄せられた。

写真５．発泡スチロール球で作った結晶模 型写真６． 面心 立方 格子 の作 り方（左の２つを 合わ せる と、 右の 形 にな る）

写真８．夏休み自由研究のようす

写真７．六方稠密（左）と面心立 法の八 面体（右）（同じ部品の重ね方で構 造が異なる）

長谷川 能三

図１．面心立 方格 子の設 計図

図２．六方最密格子の設計図

図３．大型の結 晶模型の設計図の例（面心立方格子）