【高校化学基礎】混合物の分離①｜固体を取り出す―ろ過・再結晶・昇華法【授業図鑑】

2026年8月29日 2026年8月28日 takizawa

化学では、物質がどのような性質をもつのかを明らかにし、その性質を利用することが重要です。
そのため、複数の物質が混ざった混合物から目的の物質を取り出したり、不純物を取り除いたりする技術が発展してきました。

では、混ざっている固体を取り出すには、どのような性質の違いを利用すればよいのでしょうか。

今回の記事では、混合物の分離法のうち、ろ過・再結晶・昇華法を取り上げ、それぞれの操作を「何の性質の違いを利用しているのか」という視点から考える授業実践例を紹介します。

混合物の分離と精製

混合物を、それを構成する成分ごとに分ける操作を「分離」といいます。
ただし、分離して取り出した物質に、少量の不純物が残っている場合もあります。
その不純物を取り除き、目的物質の純度をさらに高める操作を「精製」といいます。

混合物の分離には、主に次のような方法があります。

これらは操作の名称こそ異なりますが、いずれも物質どうしの性質の違いを利用しています。
分離法を学ぶときには、操作手順だけでなく、「どの性質の違いを利用しているのか」を考えることが大切です。

ろ過とは、ろ紙などの「ろ材」を使い、液体と、その液体に溶けていない固体を分ける操作です。
ろ材の細かな隙間を通過できるかどうか、つまり粒子の大きさの違いを利用しています。

砂と水の混合物を例に考えてみましょう。

水はろ紙を通過しますが、水に溶けていない砂粒はろ紙を通過できず、ろ紙の上に残ります。
ろ紙上に残った固体を「残留物」、ろ紙を通過して受ける容器にたまった液体を「ろ液」といいます。

ここで注意したいのは、ろ過では水に溶けている物質を取り除けないことです。
例えば食塩水をろ過しても、ナトリウムイオンと塩化物イオンは水とともにろ紙を通過します。

混合物をろ過するときには、次の点を確認します。

これらは単なる作法ではありません。
液が飛び散ることや、ろ紙が破れること、ろ過されていない液がろ紙の外側へ流れ込むことを防ぎ、ろ液を安定して流すための工夫です。

豆腐づくりでは、加熱した呉を布でこし、液体である豆乳と、固体を多く含むおからに分けます。
布をろ材として、液体と固体を分ける操作と捉えることができます。

腎臓でも、糸球体からボーマンのうへ血液中の水や小さな物質が移動する過程を「糸球体ろ過」と呼びます。
血球や大部分のタンパク質は血液中に残り、水、無機塩類、グルコース、尿素などを含む原尿がつくられます。

ただし、腎臓のろ過は、圧力と生体膜の選択性が関係する生理現象です。
実験室で行う重力ろ過とまったく同じ仕組みではないことも、併せて確認しておきます。

再結晶とは、温度による溶解度の変化を利用して、溶液から目的物質を結晶として取り出し、純度を高める操作です。

一般には、不純物を含む固体を少量の高温の溶媒に溶かし、その溶液を冷却します。
温度が下がると目的物質の溶解度が小さくなり、溶けきれなくなった分が結晶として析出します。
一方、不純物の多くは溶液中に残ります。結晶を取り除いた後に残る液体を「母液」といいます。

硝酸カリウムは、温度が高くなるほど水への溶解度が大きく増加するため、再結晶に適した物質です。
温かい硝酸カリウム水溶液を冷却すると、溶けきれなくなった硝酸カリウムが結晶として現れます。

再結晶では、目的物質をすべて取り出せるわけではありません。冷却後も一部は母液に溶けたまま残ります。そのため、「できるだけ多く回収すること」と「純度の高い結晶を得ること」の両方を考える必要があります。

昇華法とは、固体の混合物に含まれる成分の昇華しやすさの違いを利用する分離法です。

混合物を加熱すると、昇華しやすい成分が固体から気体になります。
その気体を冷たい部分に触れさせると、再び固体となって付着します。昇華しにくい成分は、加熱した容器に残ります。

ヨウ素やナフタレンなどは、昇華法によって昇華しにくい不純物から分けることができます。
例えば、ヨウ素を含む混合物を穏やかに加熱すると、紫色のヨウ素蒸気が生じ、冷却した面にヨウ素の結晶が付着します。

ヨウ素蒸気は有害で、目や呼吸器を刺激します。
実験を行う場合は、密閉性に配慮した装置やドラフト内での操作など、適切な換気と安全管理が必要です。生徒が蒸気を直接吸い込まないようにします。