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1000気圧が生み出す肥料と食料―酸・アルカリ工業と水資源―

無機工業化学 WebClass Google+ syllabus 53202 53710 Files C1

ぼくらが生きていく上で欠かせない 空気 産業革命 の立役者、 蒸気機関 だって水がなければ動かないし、そもそも空気がなければ 石炭 が燃やせない。 日本の農業の起源である稲作だって、まさに水が命である。

19世紀の産業革命で 人口が急激に増加、食料危機に見舞われた。 20世紀までの窒素肥料は、硝酸ナトリウム(チリ硝石)が主体だった。 しかし、「このような鉱石に依存していては急増する人口を養えない、空中窒素を固定する技術を開発する必要がある」と クルックス が主張した。

日本肥料アンモニア協会

こうしてそれまで混ぜるや温めるぐらいしかなかった化学反応に「加圧する」という単位操作が加わった。 液体と気体を流体呼ぶ。流体をターゲットにした高圧化学の始まりである。 ハーバーもボッシュは、その高圧化学でノーベル賞を受賞した。

ピカッとさいえんす 「圧力、温度、そして触媒」

アンモニア は、鉄触媒を使って窒素と水素を直接反応させて製造します(ハーバー・ボッシュ法)。 水素と空気を混ぜたって何も起こらないだろうとおもいきや高温・高圧の釜に放り込む発想がすごい。 しかもちょこっと錆びた鉄の釜を使って反応効率が向上するところを発見するなんざ、ハーバーもボッシュもはんぱないアブナイおっさんではないでしょうか。

「おなかが空いちゃはじまらない。だから農業に必要な肥料を量産することは大事なことだった」
「肥料の基本は、植物の生育に欠かせない窒素、リン、カリウム」
「ところが空気の80%も占める窒素だけど、水に溶ける肥料にするとなるとまさに煮ても焼いてもどうしようもない」
「そいつをとことん高圧にしてアンモニアの合成に成功したのがハーバーさんとボッシュさんだ」
「空中窒素固定法として知られているね」
最新工業化学 のp.15にアンモニアの製造方法が書いてある。 」
「ちなみに昭和の漫画家永井豪氏は 空中元素固定装置 とやらをマンガに登場させている」
「たしかに窒素のほかに酸素や水を使えばたいていの合成繊維ができるはずだから、自在にコスプレできるはずだ」
「色気たっぷりのコメディにこんなものを登場させるなんてよく勉強してたんだね」
反応釜の画像を検索してみよう。 ごついよねえ・・・高圧と高温の耐えられる容器こそ化学工業の発展に必要なものだったんだ」
「もちろんその容器のルーツは産業革命で活躍した蒸気機関にも使われた ボイラー


タンク、ボンベ、エンジン、ペットボトル、ボイラー、反応釜など圧力容器をひとつ探し、その用途と耐圧、そして使われる圧力センサーについて調査して論じなさい。
Google+ Google+
教科書からプラント記号を選んで、ノートに書き写し、Google+にアップロードしなさい。
出典: 株式会社セキサン


高圧ガス保安協会にはさまざまな事故事例が紹介されています。 これらの事故事例からひとつ選び、高圧ガスを取り扱う際に注意すべき点を、議論してまとめなさい。

回答

食べるためのアルカリ− 灰汁は人類最初のpH調整剤?−

農業革命の前に食べていたものはドングリの実などでした。でもそのままでは渋くて食べられません。 灰汁(あく)抜きをしない。 じゃあ、灰汁ってなんですか? 植物の灰を水に溶かしたものです。 主成分は 炭酸カリウム 。 植物に含まれるシュウ酸などの有害なをアルカリで中和したんです。 ポット(鍋)でアッシュ(灰)を使って調理するからポタージュ。 今では 重曹 などが pH調整剤 として 食品 に使われるけどね。 ワラビの灰汁抜きのレシピをネットで検索してノートに書きなさい。 身近な酸と塩基についてそのpHと成分の化合物を化学式でノートに書きなさい。 pH調整剤について調べてノートに書きなさい。 濃度と電離度の関係をネットで検索してノートに書きなさい。 書き終わったら、近くの人から署名と日付をもらおう。

灰汁を検索してみよう。 大森貝塚 三内丸山遺跡

Google+ 課題番号26
山菜の灰汁抜きの料理、あるいは山菜に限らず酢や重曹を使ってpHを制御している料理を作っておいしく食べてレシピや写真をHPやGoogle+に公表しよう。

洗うためのアルカリ−歴史をゆさぶった キャラコ

食べることができたら、着るもの。文明は衣服からはじまります。 繊維の洗浄のためのアルカリです。 キャラコを洗浄した灰汁が パワージェルボールに変わり、キャラコを中和した酸敗ミルクは 柔軟仕上げ剤へと変わった。

ウールやコットンは極性官能基がついているので、吸水してあたたかですが、水で洗うと縮んでしまう。 だからヘキサンで洗うドライクリーニングをする。 レーヨンやキュポラももとはセルロースなので水には弱い。 ポリエステルとキュポラを組みあわせたウォッシャブルなスーツがはやっている。 ウォッシャブルなスーツ、就活などでも活躍しそうだ。


シャンプー、リンス、洗濯洗剤、柔軟仕上げ剤、キッチンの食器洗い、住まいの洗剤、お風呂の洗剤・・・。 それらの洗剤から具体的商品をひとつ選んで、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤、に分類し、 酸性かアルカリ性かpHを調査し、なぜそのような商品設計になっているのか論じなさい。

回答

野村正勝・鈴鹿輝男 最新工業化学 ―持続的社会に向けて― 第7章 有機ファインケミカルズ、界面活性剤 講談社サイエンティフィク

肥料と火薬のためのアルカリ−山を爆破し鉄道をひいたダイナマイト

アンモニア製造におけるハーバー・ボッシュ法、硫酸製造における接触法や、硝酸製造におけるアンモニア酸化法などではいくら触媒を工夫しても収量は変わらない。

植物 は二酸化炭素は気孔から、水は根毛から、そしてその他の元素はイオンのかたちで根毛から吸収する。 したがって窒素、リン、カリウムと言った肥料はイオンの形で水に溶解させねばならない。 18世紀 の産業革命による人口爆発で食糧危機に陥った都市の住民は、 天然肥料にたよっていた肥料を科学技術でなんとかしようと工夫した。 20世紀初頭に確立された空中窒素固定法における アンモニア 合成では、1000 気圧 の窒素と水素を触媒下 600 °C で接触反応させる。

このような高圧・高温での反応は、丈夫な反応釜はもちろん、バルブやパイプも高圧に耐えうる必要がある。 化学プラントのパイプや反応釜の接続は プラント記号で図面に表現される。

窒素と水素を原料にした アンモニア 合成は、ルシャトリエの原理を化学工業に応用した例です。 圧力を温度を変えたときのアンモニアの体積百分率をグラフをノートに描きなさい。

N2 + 3H2→2NH3 + 92.2kJ ( * )

圧力と温度、触媒 JIS K10 酸とアルカリの材料 水 空気 酸とアルカリの物理量
インフラ

高圧容器と蒸気機関
肥料・火薬と空中窒素の固定
アルカリと山菜の灰汁ぬき

水資源

もし、せっぱつまって入った水洗トイレが溢れていたら。 縄文から平安時代のトイレは、川に直接用便したので、川屋と言われた。

トイレの歴史

シャワートイレをスマートフォンで操作する
出典: LIXIL
高純水の製造と下水高度処理による窒素とリンの除去
浄水器
出典: カセッティ
ライフラインとインターネット 野村正勝・鈴鹿輝男 最新工業化学 ―持続的社会に向けて― 第6章 機能性高分子 講談社サイエンティフィク
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