工学と理学

先生：「図書館行ったことある？」
学生：「ありますよ。」
先生：「工学と理学っていうのは書棚が別なんだよ」
学生：「へえ」
先生：「１０進分類法で調べてみるとよくわかるけど、化学と工業化学は書棚がちがうんだ。」

「化学」は５から始まる工学と４から始まる自然科学の両方に分類があるでしょ？確認してみよう。
最新工業化学工場のしくみ

はやぶさ２は、再び旅立ちました。

小惑星 KY26がどうなっているか知りたいのが、自然科学。

はやぶさ２の電池をどう作ればいいのか知りたいのが、工学。

ロケット打ち上げの高温に耐える、超合金、ハステロイやインコネルを知っていますか？その材料設計を担うのが工業化学です。

技術・工学としての工業化学と自然科学としての化学

表 1 . 技術・工学としての工業化学と自然科学としての化学

大分類	中分類	小分類

技術・工学（工学部）	技術・工学	品質管理
	化学工業	化学工学. 化学機器セラミックス. 窯業. 珪酸塩化学工業電気化学工業化学薬品染料高分子化学工業
	金属工学. 鉱山工学	冶金. 合金鉄鋼非鉄金属石炭石油非金属鉱物. 土石採取業
	製造工業	パルプ・製紙工業繊維工業
自然科学（理学部）	化学	物理化学分析化学合成化学無機化学有機化学
	物理学
	生物科学. 一般生物学
	地球科学. 地学

10進分類

工業化学の原料となる資源

表 2 . 工業化学の原料となる資源

分野	相	原料	製品

無機工業化学	気体	空気	アンモニア・肥料・酸素
	液体	水・海水	食塩・苛性ソーダ・塩素
	固体	鉱物	金属（鉄鋼）・セラミックス
有機工業化学	気体	ＬＮＧ	水素・エチレン
	液体	石油	エチレン・酢酸ビニル
	固体	石炭	鉄鋼

図 1 . 213 材料の変遷

表 3 . 41 材料

金属材料		非金属材料		複合材料
鉄鋼材料	非鉄金属材料	セラミックスガラス	高分子	複合材料

鉄炭素鋼合金鋼鋳鉄鋳鋼	金・銀・銅アルミニウムマグネシウムニッケルチタン亜鉛	石材ガラスセラミックス	木材・皮・繊維プラスチック	紙繊維強化プラスチック繊維強化金属鉄筋コンクリート金属強化セラミックス

01.無機工業化学 08.工業概論 03.エネルギー化学

図 2 . * 物質の分類

03.エネルギー化学 01.無機工業化学

純物質

単体（塩素、 🜠 銅、酸素など）
- 同素体（グラファイト、ダイヤモンド、硫黄など）
化合物（メタン、水、塩化ナトリウム、二酸化炭素、酸化銅（Ⅱ）、一酸化二窒素など）

混合物

均一混合物（空気、海水など）
不均一混合物（合金、岩石、エマルション（牛乳）、サスペンション、エアロゾルなど）

図 3 . ピカッとさいえんす真空管（前編）

図 4 . ピカッとさいえんす真空管（後編）米沢高等工業学校本館無機工業化学 0517

✏ 平常演習 Web Class

山形大学教育用アカウントでWebClassにログインし、無機工業化学のコースにメンバー登録をしましょう。（ WebClass ユーザマニュアル）メンバー登録が終わったら、出席データを送信しましょう。スマートフォンでは「出欠」をタップ、ＰＣでは左メニューから出席データの送信をクリックします。

世界の産業革命

図 5 . 二酸化炭素濃度

2022年7月5日の CO₂濃度は、 推定439ppm。この100年間で、地球大気中の二酸化炭素の濃度は1.4倍になった。前史時代の二酸化炭素濃度は、280ppmでほぼ一定だった。石炭を使い始めた産業革命から指数的に増加を始めた。石油を使い始めてからは指数項が加わった。

今、地球がヤバい。脱炭素社会には再生可能エネルギーの活用が必須。そのためには、電気を備蓄する電池が必須なのだ。

国土交通省、気象庁二酸化炭素濃度の経年変化 https://ds.data.jma.go.jp/ghg/kanshi/ghgp/co2_trend.html
東北大学大学院理学研究科　大気海洋変動観測研究センター過去250年間の大気中二酸化炭素濃度の変動 http://caos.sakura.ne.jp/tgr/observation/co2

表 4 . ◇ 🗺 世界の産業革命

時代区分	世相	🌍ヨーロッパ	🌍中央アジア	🌍アフリカ	🌎アメリカ	🌏アジア

地質	6万年前ホモサピエンスアフリカ出発 2万年前氷河期 15000年前農耕と定住
原始	BC.20000 ラスコー壁画 BC.3200シュメール文字 * BC.300アラビア数字 *	ローマ	ローマ	エジプト象形文字メソポタミア楔形文字	オルメカ文明	秦
古代						紙の発明と漢字（漢）
中世	1455グーテンベルグの活字印刷（神聖ローマ）宗教革命	1583年ガリレオ振り子の等時性（伊） *	🎵 純正律から平均律へ *
	大航海の時代
◇ 第一次産業革命（鉄と石炭） ▶
近世	🔥 動力 💪	1760 ワット、蒸気機関🚂を発明（英）	🎵 🎵 ◇ ピアノ
◀ ◇ 第二次産業革命（電気と石油） ▶
近代	💪 発電 ⚡	1831ファラデー電磁誘導の法則（英） 1886ホール（米）エルー（仏）法 1906　ハーバーボッシュ法（独）			1877 蓄音機	1873大阪造幣局で、鉛室法硫酸の製造 (日) ◇ 日本の産業革命（鉄道、郵便、電話、生糸）
◇ ⚔1941第2次世界大戦 (太平洋戦争)		独、伊、英			米	日
現代	通信				1946エニアック (米) 1948PCM通信 ^* 1957二重積分 ADC ^* 1949年PS版（写真製版）
◀ ◇ 第三次産業革命（デジタルコンピュータと AD変換） ▶
現代	コンピュータ				1971 4004(4bit) ^* 1976 Z80(8bit,2.5MHz) ^* 1978 8086(16bit,5MHz) ^*	1964🇯 🇵日立製作所大型汎用コンピュータを開発 (日) 1982 PC9801 1991 リチウムイオン電池
◀ ◇ 第四次産業革命（ネットとビッグデータ）
現代				1995 Windows®95 (米) 1999 ADSL（50.5Mbps） 2000 WiFi™ (米)
未来	2030 エネルギーミックス 2050 カーボンニュートラル

01.無機工業化学 07.技術者倫理 11.情報処理概論

地球が温暖で、人類がまだアフリカに住んでいたころ、ぼくらはすっぱだかだった。７万年ほど前に最後の氷河期が地球を襲ったとき、衣服を身にまとい、寒さをしのぐ知恵をもった連中だけが生き残った。そしてその寒さをしのぐ知恵を得たことでアフリカの地を離れ、新しい天地を探し求める旅に出るチャンスを得た。髪の毛につくアタマジラミと、衣服につくコロモジラミが、分化したのもその頃だ。してみると衣服の着用こそ人類の文明の始まりと言えなくもない。

衣服の原料となる繊維をどこからとるか？アフリカからそう遠くないナイル川の近くに居を構えた連中は水辺に生えている草を利用して糸を紡いだ。ユーフラテス川の近くで砂漠を闊歩していた連中はラクダの毛を糸に紡いだ。乾燥していたガンジス川の近くでは綿毛を使って糸を紡いだ。遠く揚子江のあたりでは森から飛んできた蛾の繭をほどいて糸を紡いだ。

この蛾の繭をほどいて作る糸から作る絹と呼ばれる布は全く申し分のないほど素敵だった。きらきらして軽くてなめらかで、誰もがそれに魅了された。もっともぼくらはその糸がどんなふうに作られるのなんぞ全く知らされずに旅商人から高値で買い取る王侯貴族の姿を見てただただうらやむばかりだった。

地球

絹の道からヨーロッパに抜けるには地中海を通る必要があった。旅商人がたちの交易がもたらす富が地中海辺縁に散在する港町に集中し、何度となく争いごとが繰り返された。その都度、争いごとを収めるための権力の集中が起こり、その平和の代償としてぼくらは高い税金を払わねばならなくなった。

勝機は常にその陳腐化から抜け出すのに有利な辺境にある。地中海の辺境にあった国々が大西洋に向かって漕ぎ出だした。新航路や新大陸が発見され、それまで平らだった地球が丸くなった。そして太陽は東の地平から登って西の地平に沈むのではなく、地球が太陽の周りを回ることになった。実はぼくらがアフリカを出発するはるか以前からそうだったのだが、迂闊なことに最近まで気づかなかったのだ。

勝機はやはりその陳腐化から抜け出すのに有利な辺境にある。ヨーロッパの北の外れに住む富裕層に流行った衣服は、きらきらしてすけすけで軽い衣服ではなく、ふわふわしてやわらかで暖かな衣服であった。商売人はガンジス川の近くで取れるこのふわふわの糸の原料が欲しかった。が、大西洋を通る必要があり、そこには地中海のはじっこの連中があたかも丸い地球は自分たちのものだという顔をして居座っていた。あいつらを出し抜くにはできるだけ早く大西洋を駆け抜けるための最短経路を割り出す技術が必要だった。

ああやっとこの物語の一番最初たどり着いた。

産業革命。

産業革命

最短の航路を割り出す正確な時計と精密な望遠鏡は思わぬ効果をもたらした。ぼくらは物体の動きを正確に測定し、運動の本質を数式で表現できるようになった。石炭を燃やすときに出る熱が、何をどれくらい動かせるのか計算できるようになった。石炭を使うことで大量の鉄ができて、丈夫な鉄の入れ物が大量に作れるようになって、お湯を沸かした熱で糸を紡ぐことはもちろん、船さえも動かせるようになった。

人間の欲望には限りがない。絹の道にからんで地中海に富が集中して何度となく争いが繰り返されたように今度は列強が市場を求めて大洋に躍り出た。ありとあらゆる人が住むところを次から次へと食い荒らしていったそのおわりに、ついに丸い地球の反対側で門を閉ざして安眠をむさぼっていた小さな島国にその矛先が向けられた。その小さな島国は蜂の巣をつついたような大騒ぎになった。さんざんぱら揉めたあげくその連中は自分たちも列強の仲間に入る努力をすることを決めた。

遠くから技術者を呼び寄せ、本を買い、若者を育て、なりふりかまわず吸収しようとした。ツケが来た。金が無い。絹を売ってなんとかしのいでいたのが危うくなった。絹の代わりになるものは無いか？聞けば木材から絹の代用品ができるという。雪深い田舎町で教鞭をふっていた一人の男がそれにかけた。資金を集めに国中を歩き回った。幸運な出会いがあった。鋭いカンで金をポン出すことのできる器の大きな男との出会いだった。

「秦先生、金の心配は要りません。そのかわり必ず実用化してくださいよ。」
「もちろんです。理論的には絶対できるはずです。」

化学工業の歴史

日本の産業革命

時代区分		産業	政治	世界

地質
原始	旧石器			BC.20000 ラスコー壁画 BC.3200シュメール文字 * BC.300アラビア数字 *
縄文	磨製石器
弥生	鉄器		キリスト誕生
古代	古墳		紙の発明と漢字（漢）
飛鳥
◇ 奈良	万葉仮名
◇ 平安	平安女性は、ひらがな(31文字？) 料紙 ^* 平安男性は、漢字、漢文で日記 ^*	律令体制の崩れ
中世	◇ 鎌倉
◇ 室町
◇ 戦国	美濃紙 1590年、イエズス会によりグーテンベルグによって発明された鉛活字と木製印刷機 1600徳川家康木活字		1439年頃にヨーロッパで初めて活字による印刷を行った。アラビア数字の完成
		大航海の時代
近世	◇ 江戸			◇ 第一次産業革命（鉄と石炭） ▶
		開国
近代	◇ 明治	1873大阪造幣局で、鉛室法硫酸の製造 1873 第一国立銀行設立 1890大阪朝日新聞、印刷に輪転機採用 1905富岡製糸場 1910 ◇ 米沢高等工業学校設立	富国強兵 ◇ 日本の産業革命（鉄道、郵便、電話、生糸）	◀ ◇ 第二次産業革命（電気と石油） ▶
◇ 大正		1923関東大震災 1925ラジオ放送
◇ 昭和（戦前）
		⚔1941太平洋戦争
現代	◇ 昭和（戦後）	1964日立製作所大型汎用コンピュータを開発 1982 PC-9801 漢字 1983 ファミコン ^* 1988 カラオケＢＯＸ ^*		1957二重積分 ADC ^* ◀ ◇ 第三次産業革命（デジタルコンピュータと AD変換） ▶ 1965 FFT ^* 1968 X線CT 1978 スペースインベーダー 1982 CD
◇ 平成	2001 電子マネー 2008 FTTH ,スマホ		◀ ◇ 第四次産業革命（ネットとビッグデータ） 1995 Windows®95 2000 WiFi™ ^* 2005 Youtube ^*
◇ 令和

黒船の到来に驚いた日本では、明治維新を成し遂げ、欧米の技術の吸収につとめた。

✏ 課外報告書 Web Class

富岡製糸場見学の記念写真をｊｐｇ形式でアップロードしなさい。

✏ 課外報告書 Web Class

造幣局見学の記念写真をｊｐｇ形式でアップロードしなさい。

✏ 平常演習 Web Class

あってよかったと思った工業製品のエピソードを紹介し、その工業製品が、いつの時代に、どんな背景でどのように生まれたか、調べてみましょう。

表 6 . 工業製品

	自然物	人工物
	自然物	工芸品	工業製品

例1：道具	さえずる小鳥	パイプオルガン	ピアノ
例2：食べ物	魚	回らない寿司	カップラーメン
例3：エネルギー	柴		電気
作り手	なし	職人、技能者、クリエータ	労働者、作業者（※設計は技術者）
顧客	なし	王侯貴族、教会、富裕層	庶民
形態		献上、寄進	販売
量	ありのまま	丹精込めてひとつ	工場で大量生産
品質(Q)	ありのまま	丹精込めてひとつ	同じ品質、ばらつきなし
コスト(C)	ただ？	非売品？	安く、低コスト
納期(D)			早く、即納（店売り）
環境(E)	持続可能		廃棄物