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人類は、 産業革命で、さまざまな 材料を手にして飢餓から解放されるかわりに、劣悪な労働環境を受け入れました。 3 ) 同時に大気中の 二酸化炭素が増え始めました。
「北陸新幹線も開業だね」
「大宮の
鉄道博物館
行ったことある？あそこの展示さちゃんと鉄のエリアからアルミニウムのエリアに流れが作られているんだよ」
「なるほど鋼鉄の蒸気機関車と新幹線のアルミニウムボディと対照的だよね」
電気化学でやった電解精錬覚えているかな？
| 用途 | ||||
|---|---|---|---|---|
| 重金属 | 鉄鋼 | 鉄鋼 | ⚛ 鉄 | 鉄合金 磁性材料 モーター |
| 非鉄金属 |
🏞
非鉄金属 （狭義） |
⚛ 🏞 銅 | 🏞 銅合金 良導性材料 冷蔵庫や エアコンの伝熱管 | |
| 鉛 | ||||
| 🏞 亜鉛 | ||||
| スズ | ||||
| 貴金属 | ⚛ 🜚 金 | 半導体 | ||
| ⚛ 🜛 銀 | ||||
| 白金族 | ||||
| 軽金属 | 🜀 🏞 🧪 ⚛ アルミニウム | 🏞 ジュラルミン 航空機 良導性材料 電線 | ||
| マグネシウム | ||||
| チタン | ||||
| 希少金属 | リチウム | |||
| ウラン |
鉄はもっとも身近な金属だ。 金属はカタチを自由に変えることができる 固体 材料 で、しかも強くしなやかだ。棒で田んぼを耕すのがいかに困難かを想像すれば、鉄器としての刃物が、農具を普及させ農耕を飛躍的に進歩させたことがうなずける。 日本では、 弥生時代 に鉄器が普及し、 稲作がはじまり、定住生活がはじまりました。
ニラコ| プロセス |
アルミ ニウム 溶融塩電解 |
食塩電解
( ソーダ工業 ) |
銅 電解精錬 |
亜鉛 電解採取 |
|---|---|---|---|---|
| 🏞 原料 | 食塩（岩塩） | |||
| 製品 | 亜鉛 | |||
| 理論電気量 /kAh/t | 2980 | 670 | 844 | 820 |
| 理論分解電圧 /V | 1.17 | 2.2 | 0.1×10-3 | 2.0 |
| アノード 電流密度/A/m2 | ||||
| 単槽 電圧/V | 4.0 | |||
| 電気量原単位 /kAh/t | 3350 | 910 | ||
| 電解電力 （ 電力原単位 ） /kWh/t | 13400 | 2200 | 284 | 3000 |
| 電流効率 | ||||
| 電圧効率 | ||||
| エネルギー効率 4 ) |
理論分解電圧とは、アノードとカソードの平衡電位の差であって、槽電圧（浴電圧）をこれ以下に切り下げることはできません 。
5 )| 金属 | 元素 | 導電率 /108S/m | 抵抗率 /10-8Ω･m | |
|---|---|---|---|---|
| ⚛ 🜛 銀 | Ag [5s1] | 0.63 | 1.59 | |
| ⚛ 🜠 銅 | Cu[4s1] | 0.60 | 1.68 | |
| ⚛ 🜚 金 | Au [6s1] | 0.41 | 2.44 | |
| ⚛ 🜀 アルミニウム | Al[3p1] | 0.38 | 2.65 | |
| ⚛ 亜鉛 | Zn [4s2] | 0.17 | 6.02 | |
| 真鍮 （黄銅） | Cu,Zn | 0.14 | 7.00 | |
| 炭素粉末 （ＡＢ） | C | 0.00 | 210000 |
電線ばかりでなく、 電池の集電体にも使われます。 リチウムイオン電池の 集電体には、銅とアルミニウムが使われます。
炭素材料は、金属ではないが、 黒鉛は電気をよく通します。
| 鉱物資源 | 用途 | 可採埋蔵量 | 年間生産量 | 可採年数 | 枯渇年 |
|---|---|---|---|---|---|
| 鉄鉱石 | 鉄鋼 | 170000000 | 2460000 | 61 | 2087 |
| ボーキサイト | アルミニウム | 30000000 | 327000 | 83 | 2109 |
| 銅 | 銅 | 870000 | 20400 | 34 | 2060 |
| ニッケル | めっき、合金など | 89000 | 2400 | 29 | 2055 |
| 金 | 半導体 など | 50 | 3.3 | 7 | 2033 |
| 亜鉛 | 塗料 に使う顔料 など | 250000 | 12500 | 12 | 2038 |
物質資源として 化学工業に使われます。
可採埋蔵量（確認埋蔵量）とは、現時点で、技術的、経済的に採掘できる埋蔵量を言います。よって地球上にあるその資源の総量（原子埋蔵量）より小さく、時代につれて変化します。
資源は、地球上に偏在するので、国際紛争の火種になりやすいです。 ウクライナには鉄鉱石があるし、中国には レアアース（希土類元素）があります。 6 )
鉱石アルミニウム溶融塩電解の電力原単位は、13400kWh/tです。アルミニウムは 電気エネルギーの塊です。
ジュラルミンなどのアルミニウム 合金は、 軽量なので、 航空機などに使われます。 また 良導体として送電用の電線に使われます。
7 ) 8 ) 9 ) 👨🏫 アルミニウムのできるまで 👨🏫 ＪＩＳ．Ｈ―非鉄金属（銅、アルミニウム） 👨🏫 １９世紀溶液の凝固点は、溶媒の凝固点よりも低くなります。 この現象を、凝固点降下と言います。 製鉄では、融点1500℃の鉄に炭素を混ぜて融点を下げます。 ホールエルー法 では、融点2050℃のアルミナに氷晶石を混ぜて融点を下げます * 。 1mol/kgの溶液の凝固点降下度をモル凝固点降下と呼びます。
吾輩の主人は滅多めったに吾輩と顔を合せる事がない。 職業は教師だそうだ。 学校から帰ると終日書斎に這入ったぎりほとんど出て来る事がない。 家のものは大変な勉強家だと思っている。 当人も勉強家であるかのごとく見せている。 しかし実際はうちのものがいうような勤勉家ではない。 吾輩は時々忍び足に彼の書斎を覗のぞいて見るが、彼はよく昼寝ひるねをしている事がある。 時々読みかけてある本の上に涎よだれをたらしている。 彼は胃弱で皮膚の色が淡黄色を帯びて弾力のない不活溌な徴候をあらわしている。 その癖に大飯を食う。 大飯を食った後あとでタカジヤスターゼを飲む。 飲んだ後で書物をひろげる。 二三ページ読むと眠くなる。 涎を本の上へ垂らす。 これが彼の毎夜繰り返す日課である。 吾輩は猫ながら時々考える事がある。 教師というものは実に楽なものだ。 人間と生れたら教師となるに限る。 こんなに寝ていて勤まるものなら猫にでも出来ぬ事はないと。 それでも主人に云わせると教師ほどつらいものはないそうで彼は友達が来る度たびに何とかかんとか不平を鳴らしている。
夏目漱石、 吾輩は猫であるより
2つの消化酵素「リパーゼAP12」と「タカヂアスターゼN1」が消化を助けます。
第一三共胃腸薬〔細粒〕 より
タカジヤスターゼでもタカヂアスターゼでも、頭にタカがついている。 このタカは何を表しているか。 サムライ化学者 高峰譲吉その人のタカの字である。 最初医者を志したがが、のちに 「医学が救うのは一人ひとりの患者ですが、化学は万人を救います」といって化学者に転身。 晩年は電気の重要性に気づき、北陸地方にアルミ産業を興す事を提唱。黒部川の電源開発に着手。
現在、『タカヂアスターゼ*』という商品名の市販薬はありませんが、タカジアスターゼは、高峰博士の考案した原理に基づいて現在でも製造され、消化剤として知られている市販薬の原料として利用されています。 （*『タカヂアスターゼ』は商標。以下、タカジアスターゼと表記します。） 発売以来100年を経てもなお第一線で使用されている医薬品は、この「タカジアスターゼ」と、同じく高峰博士が初めて抽出・結晶化に成功した「アドレナリン」、そして鎮痛剤として知られる「アスピリン（独・バイエル社）」しかありません。 この三つのうち二つが高峰博士の発明（発見）であるということを見ても、いかに博士の功績が大きなものであるかが分ります。
高峰譲吉博士研究会 より
ダムの堤体は厚いので、鉄筋を入れない無筋 コンクリートで作られます。 そのため腐食による劣化はありません。
水力発電1886年（明治19年）、農商務省特許局の次長に任命された高峰譲吉（当時32歳）は、高橋是清局長を助け、特許商標制度の確立に向けて奔走していました。この年、世界で最初の「電気分解によるアルミニウム精錬方法」が発明されます。
翌年、譲吉が日本初の化学肥料会社「東京人造肥料」を設立し、私費による欧米出張で産業視察や機械買い付けをしている頃、日本に初めてアルミニウムが輸入されました。しかし、まだ産業用としてではなく、貴金属としての輸入でした。この頃は、まだ譲吉の念頭にはアルミニウムのことはなかったかもしれません。
日本で初めてアルミニウム加工を実用化させたのは大阪砲兵工廠で、1894 年（明治27 年）とされています。その後、1902年（明治35年）に、高木鶴松が大阪市に高木アルミニウム製造工場を設立、民生品を製作し「鶴松ブランド」としてアルミニウム器物の普及に貢献しました。
しかしながら、アルミニウムの原料であるボーキサイトが国内で産出されず供給を海外に頼っていたこと、 電気化学工業や水力発電事業が未発達であり、アルミニウム精錬に必要な大量の電力が高価なことなどが理由で、国内での製造研究をなかなか拡大・実用化できずにいました。
その頃の日本は、 電気化学工業や水力発電事業が未発達であり、研究開発が急務であった。
また、軽くて抵抗率の小さいアルミニウムは、高圧送電にも必須材料だった。
電解槽は、電気エネルギーを使った 反応器です。アノード、カソードの電極を備え、それぞれで酸化反応、還元反応を進行させます。
この「アルミニウム電解槽」は、昭和電工（株）大町工場に設置され 12 ) 、 昭和9年（1934年）１月１１日、国産初の「アルミニウム」を生産したわが国最初の 「電解槽」 を、 当時のままに実物大に再生したものです。 大町市は、この 「電解槽」 から生産された国産アルミニウムにより、「アルミニウム発祥の地」の栄誉を、永遠に記録されることとなりました。
| 電池式 | C | Al2O3 + Na3[AlF6] | Al(溶融)| C |
|
アノード
（
陽極
） 炭素 電極 |
3C+6O2-→3CO2+12e- Eº = -0.506 |
|
カソード
（
陰極
） 炭素 電極 |
* * 4Al3++12e-→4Al Eº = -1.676V |
| 理論分解電圧 /V | 1.17 |
| 単槽電圧 /V | 4.0 |
| 電気量原単位 /kAh/t | 3350 |
| 電解電力 （ 電力原単位 ） /kWh/t | 13969.5 |
| 分類 | 交通機関 | ノード | ||
|---|---|---|---|---|
| 👨🏫 陸路 | 街道 | 徒歩、牛車、 馬車 | 宿場町 17 ) | |
| 鉄道 | 蒸気機関車 、電気機関車 | 駅 | ||
| 新幹線 | 🚅つばさ | 駅 | ||
| 一般道 | 徒歩、🚲自転車 🚗 自動車 🚌バス 🚕タクシー | 👨🏫 道の駅 | ||
| 高速道 | 🚂 🚗 自動車 🚌バス 🚕タクシー |
サービスエリア パーキンエリア インターチェンジ |
||
| 海路 | 船舶 | 港 | ||
| 空路 | 航空機 | 👨🏫 空港 |
人やモノを 輸送するには、道と移動手段が必要です。
交通手段が変わると、道も変わります。 鎌倉時代に馬が使われるようになると関所が移動しました。
しかし、車両を動かすには平な道が必要です。 動力を使った最初の車両は、蒸気機関車でした。それを走らせるために鉄道網が整備されました。 人荷を積み下ろしするための停車場や駅も整備されました。
自動車が普及するとアスファルトの道路網が整備されました。
👨🏫 境の明神＠福島県白河市 👨🏫 境の明神＠栃木県那須町 👨🏫 こころの歴史白河関の森公園＠福島県白河市 👨🏫 旧新橋停車場 鉄道歴史展示室＠東京都港区 👨🏫 日本橋・日本の道１００選＠東京都中央区 👨🏫 北前船の時代館：新潟市文化財急小澤家住宅＠新潟県新潟市中央区 👨🏫 豊橋市二川宿本陣資料館＠愛知県豊橋市
航空機は 交通機関として使われます。
【７０７５】 超々ジュラルミン 最強の アルミニウム合金 （引っ張り強度:約570GPa） 開発＝住友金属 交通手段 👨🏫 航空科学博物館＠千葉県成田市 👨🏫 👨🏫 かかみがはら航空宇宙科学博物館＠岐阜県各務原市 👨🏫 【閉館】名古屋空港航空宇宙館＠愛知県名古屋市
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作品の静止画の使用を認めてくださっているジブリ様に深く感謝申し上げます。
古民家では、 木材が痛まないよう囲炉裏から出る煤を使っていました。 洋館では、木材が痛まないよう 亜鉛華 を使った ペンキ（ 塗料）が使われます。
👨🏫 愛・地球博＠愛知県名古屋市銅は人類が初めて使った金属であるといわれています。西暦紀元前７，０００年～８，０００年頃からは、偶然自然銅が発見され、 紀元前６，０００年頃から木材を燃料に生活していた際の炉壁などから金属が遊離することを知ったと見られます。製造されてきました。日本では弥生時代から鉄とともに使われています。
銅は耐食性に優れ、電気伝導度が大きいです。しかし、純銅は柔らかいので青銅器が使われるようになります。
合金は、 エアコンや冷蔵庫の熱伝導管に使われます。
電解精練（粗銅を陽極、純銅を陰極として電気分解を行う）の工程を施すことで、電気銅と呼ばれる純度99.99％の銅が得られる。
野村正勝・鈴鹿輝男. 最新工業化学より
発電や送電には多くの材料が使われる。 発電機に欠かせない鉄を中心とする 磁性材料、 送電の電線に欠かせない アルミニウムや銅を中心とする 導電材料、 安全に欠かせない碍子などを構成するアルミナなどの 絶縁材料。 そして太陽電池やパワコンに欠かせない 半導体材料。 鉄塔や電柱などに使われる鉄鋼や コンクリートなどの 構造材料。
| ↕ 情報 通信 |
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送配電系統管理事業者
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| ↕ 情報 通信 |
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電力供給事業者
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| ↕ 情報 通信 |
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スマートメーター
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| ↕ 情報 通信 |
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室内モニター
（ＨＥＭＳ）
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| ↕ 情報 通信 |
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家電類・ソーラーパネル
|
供給側と需要側で、双方向通信で電力の流れを制御し、最適化できる送電網をスマートグリッドと言います。 スマートグリッドでは、再生可能エネルギーなどの分散型発電を一体化して、電圧や周波数のばらつきの少ない高品質な電力を供給することを目指します。 18 )
密度が小さく電気伝導度が大きいアルミニウムは電線や航空機に使わる。溶融塩電解で製造するアルミニウムは多量の電気が必要とする。 集電体にも使われる。 電解コンデンサにも使われる。
鉄 や アルミニウム を熱して溶かし、型に流し込んで、冷やして固める加工法を鋳造といいます。 自動車部品 などの製造に使われます。
小林一也, 工業技術基礎, 実教出版, p.58, (2002).
金は、 イオン化傾向が小さいため、 単体の自然金として産出します。 枯渇まで、あと7年です。 半導体 のワイヤボンディングや めっき などに使います。
携帯電話１トンに金300グラムが含まれている。 毎年新学期になると、売れ残った新品の携帯電話が廃棄される。 もっとも人件費がかかるのは、箱から携帯電話を取り出すところだという。 炉で有機成分を焼き飛ばし、有機溶媒による抽出で金を回収する。 税金による補助金で操業するものの、コストがペイする目処はまったく立っていない。 エネルギー的にもリサイクルには膨大な二酸化炭素の排出を伴う。 ほんとうに都市鉱山から回収できるのだろうか？
👨🏫 日鉱敦賀リサイクル＠福井県敦賀市
燃料電池には、 触媒として白金が使われています。 家庭用燃料電池としてエネファームには、助成金も出されましたが、廃棄されたエネファームから白金をリサイクルするのは、なかなか採算が取れません。
👨🏫 日鉱敦賀リサイクル＠福井県敦賀市 👨🏫 日本ガス協会 👨🏫 ガスの科学館＠東京都江東区| 大別 | 種別 | 合金 | 規格 | 組成（％） | 特性 | 用途 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| アルミニウム合金 | 軽合金 | ジュラルミン 、超ジュラルミン、超々ジュラルミン * | Al-Cu,Al-Cu-Mg,Al-Cu-Zn | 軽い | 航空機、新幹線 | |
| 軽合金 | Ｙ合金 | Al-Cu4-Ni2-Mg1.5 | 耐熱性、鍛造性 | エンジンの ピストン、シリンダーヘッド | ||
| 軽合金 | ＡＤＣ１２ | |||||
| マグネシウム合金 | 軽合金 | エレクトロン | ||||
| 銅合金 | 銅合金 | 洋銀 （洋白・白銅－ニッケル・亜鉛系） 、 青銅 （ ブロンズ ・錫系） 、 真鍮 （ ブラス ・亜鉛系） | Cu 60-65 Ni 12-22 Zn 18-23 | 銀白色、硬い | 楽器、装飾品 | |
| スズ合金 | 可融合金 | ハンダ | ||||
| 可融合金 | 鉛フリー半田 | |||||
| ビスマス合金 | 可融合金 | ウッド合金 |
