大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
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A.①苛性ソーダ(水酸化ナトリウム)、ナトリウム、カリウムについてや、イオン交換膜法について学習した。 ②アルミニウムを１トンつくる際、15000kWhの電力が必要で、9.24トンの二酸化炭素が排出される。 ③イオン交換膜法は、食塩水を原料として水酸化ナトリウム、塩素、そして水素を製造する電解法である。この方法では、陽イオン交換膜を用いて陽極と陰極を仕切り、ナトリウムイオンのみを膜を通して移動させる。これにより、高純度の水酸化ナトリウムを得ることができ、副反応を抑制する点で従来法より優れている。現在では環境負荷が少なく効率の高い製法として、主流の電解法となっている。
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A.①水酸化ナトリウムは苛性ソーダとも言うと分かった。流線塩を石灰や木炭と赤熱して炭酸ナトリウムと硫化カルシウムを作るルブラン法について調べた。日本では水酸化ナトリウムイオン交換法によって作られていると分かった。電解は原料に食塩水溶液が用いられて、水酸化ナトリウムとともに塩素と水素が得られると分かった。灰汁抜きはKCO3によって灰汁抜きをすることができると分かった。②工業製品の二酸化炭素排出量を調べて議論した。アルミニウムの製造について調べて1トン作るのに9.24トンの二酸化炭素を排出しているとわかりとても二酸化炭素排出量がおおいことについて議論した。14000から150000キロワットの電力を消費すると調べた。アルミニウムの製造は陽極、電解よく、アルミニウム、陰極の層になって製造されていると調査して分かった。③炭酸カリウムによって灰汁抜きすることができるのは炭酸カリウムはアルカリ性を示す化合物であり、そのアルカリ性によって山菜などに含まれている灰汁の成分であるシュウ酸やタンニン、サポニンなどを中和・溶解し、除去しやすくなるためだと分かった。
A. 水酸化ナトリウムは工業製品として苛性ソーダとして呼ばれている。苛性ソーダは電解法によって製造され、塩化ナトリウム水溶液を用いてイオン交換膜法が日本では主流となっている。アク抜きとして使用される炭酸カルシウムはルブラン法という、硫酸塩を石灰や木炭と赤熱して炭酸ナトリウムと硫酸カルシウムを作る方法で製造されている。このような化合物は、18世紀までは混合や加熱・加圧というプロセスで製造されていたが、19世紀以降では電気分解は主流になっている。 グループワークではソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を求めて、二酸化炭素の量を減らす方法について話し合った。水素を1t生産するのに必要なエネルギーは55000kWhで、生産によって大気中に排出される二酸化炭素の量は9～12tである。二酸化炭素の排出量を10tと仮定すると、二酸化炭素排出係数は二酸化炭素排出量÷販売電力量で求めることができ、0.18 であると計算できた。排出量を減らすためには、化石燃料を減らす、低炭素化するという意見や、エネルギー効率を上げるという意見が出た。また、森林を増やすことや二酸化炭素の吸収剤を使用するという意見も出た。 事後学習では、電気透析を支える技術について調べた。電気透析装置を用いると、イオン交換膜と電気の働きで溶液中のイオン性物質の脱塩・濃縮・精製・回収が可能になる。陽イオンは陰極側に引き寄せられ、陽イオン交換膜を透過して濃縮室に移動し、陰イオンは陽極側に引き寄せられ、陰イオン交換膜を透過して濃縮室に移動する。この電気透析によって製造される工業製品として減塩醤油がある。これはイオン交換膜を利用した電気透析法を用いて、醤油の塩分濃度を18％から9％まで下げることができる。
A.①?③を以下に示す。 ①今回の授業ではアルカリについて取りあげた。 アルカリはアラビア語であり、アルカリ性の物質としてカセイソーダ（苛性曹達）について調べた。化学名を水酸化ナトリウム（NaOH）という。 ナトリウムを使った商品の例としてラムネを挙げた。ラムネは英語であり、日本語ではレモネードという。レモンのクエン酸を炭酸水素ナトリウムで中和して、二酸化炭素が生まれる。炭酸水素ナトリウムはあく抜（灰汁）きに使われ、あくの成分はポリフェノールあることが分かった。この話を聞いて、柿は渋いという話を思い出し、渋みの原因はポリフェノールによるものであると考えた。 続いてルブラン法について調べた。ルブラン法とは炭酸ナトリウムを生成する方法である。アンモニア（気体）を密閉した容器の中で加熱する。この一連の流れ（混合・加熱・加圧）を単位操作という。 カリウムとナトリウムの単離方法について調べた。1800年にボルタ電体を直列つなぎにすることによって電気分解できることが発見されてから、1807年に電気分解によって元素の単離（主に金属）ができるようになったことが分かった。電気分解で単離するのが難しい元素は共有結合を成すという特徴がある。 現在日本では水酸化ナトリウムが電解法の一種であるイオン交換膜法で製造されている。 ②演題 ソーダ石灰の二酸化炭素排出係数を調べよう グループ名 左前 役割 責任著者 共著者 大坂琉音、島貫乃愛、鈴木結惟、近ありす、大濱風花 ソーダ工業製品の例としてカセイソーダを挙げる必要な電気量は1トン生産するのに必要な電力量は約2500 kWhである。カセイソーダ製品には自動車用材料、航空機用材料、エアコン用DCモータの制御素子などが挙げられる。これらの製品を生産するのに排出されたCO２量は2005年度で132万トン、2020年度でも132万トンであった。 ③トピック名 電気透析を支える技術は？ 電気透析装置とは 溶解中のイオン性物質と、イオン交換膜が陽イオンと陰イオンを選択して透過させる性質を利用する分離技術を利用して、水に溶けているイオン成分（ナトリウム、カルシウムなどの無機塩類やアミノ酸など）を濃縮したり反対に除去する装置である。 多重効用蒸発装置とは 水蒸気などの熱源を利用して、廃液/廃水を高効率で濃縮する装置である。 電気透析によって製造される工業製品に醤油、味噌がある。電気透析により脱塩が行われ、醤油や味噌などの食品の塩分を低減する。また、これらの製品にはうまみ成分などが含まれる。これは 精製によりアミノ酸、各種有機酸、塩基性化合物の製造にが可能なためである。
A.第3回の授業では電気化学工業について学びました。特に電気分解を重点的に学びました。苛性ソーダの物性についても触れ、苛性ソーダはNaOH(水酸化ナトリウム)と表記される劇物に指定された、強いアルカリ性の物質で吸湿性(潮解性)を持つ白色固体です。また前回の復習でアンモニアの物性についても触れ、ハーバーボッシュ法の復習も行いました。 グループディスカッションでは高純度アルミニウムの製造方法について調べて議論しました。高純度アルミニウムは三層電解法や分別結晶法によって製造される。三層電解法は、一次電解アルミニウムを電解して不純物をとり除くことで99.98％の高純度アルミニウムを得ることができます。分別結晶法は、アルミニウムを溶解・冷却する際の初晶を利用して高純度アルミニウムを分離する方法です。 今回の復習の内容として水の電気分解について調べました。水の電気分解は実際には少量の水酸化ナトリウムを加えた水溶液に電気を流すことで陽極に酸素が発生し、陰極に水素が発生するという仕組みである。
A.①電気化学工業について学んだ。NaHCO?は酸を中和することができるため、灰汁として使用される。NaOHの製造では、アノード、カソード、電解質、隔膜が必要となる。ソーダ製造には、ルブラン法が用いられ、硫酸塩を石灰や木炭と赤熱して炭酸ナトリウムや硫化カルシウムを製造した。これが国内化学工業の始まりであることを学んだ。また、せっけんは油脂とアルカリを混合させてできる。せっけんにもアルカリが必要である。電気分解技術は、洗剤と水素を生み出すために必要不可欠である。 ②ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を議論した。アルミニウムというグループ名で、山中麻央、渡邉陽菜、荒井巴瑠、青木優菜、坂本彩夏と議論し、私は調査を行った。アルミニウム１トンを生産するのに必要な二酸化炭素排出量は、5152ｋｇである。大気中の二酸化炭素排出を削減するために、再生可能エネルギーを活用することが大切であると考える。低炭素・脱酸素なエネルギー源に切り替える必要がある。 ③電気透析を支える技術を調査した。環境省資料によると、多重効用蒸発装置は、最初の蒸発装置で発生した水蒸気を次段の蒸発装置内の加熱に使用する。濃縮海水を蒸発装置で、塩の飽和溶解度以上に煮詰めることで結晶塩を生成する。サンアクティスホームページによると、電気透析装置は、イオン交換膜と電気の働きで溶液中のイオン性物質を分離し、脱塩・濃縮・精製・回収を短時間で処理することができる装置のことである。電気透析によって、食塩の製造、食品、飲料水の脱塩が行うことができると考えられる。また、炭酸ナトリウムの製造過程を調査し、図で示した。
A. 水素1トンの生産には約55,000kWhの電力が必要であり、化石燃料を用いる場合には最大72トンもの二酸化炭素が排出される。一方、再生可能エネルギーを利用したグリーン水素は、ほぼゼロの排出量で生産可能であり、環境負荷の低減に貢献する。持続可能な水素生産のためには、再生可能エネルギーの導入や低炭素技術の活用、森林の拡大などが重要である。 加えて、二酸化炭素の直接除去技術も注目されている。吸収剤の使用やCCS（炭素回収・貯留）技術、海中への溶解などがあり、これらを組み合わせることで地球環境への影響を抑えつつ、水素生産の持続可能性を高めることが可能となる。 電気透析は、イオン交換膜を用いて溶液中のイオンを分離する技術であり、特にバイポーラ膜を使った方法は高効率かつ環境負荷が低い。近年ではナノテクノロジーや高度な材料科学の応用により、膜の性能向上やエネルギー削減が進んでいる。今後は膜の耐久性やコストの課題を克服し、異分野との連携を深めることで、電気透析技術は持続可能な社会の構築にさらに貢献していくと期待されている。
A.①1807年、イギリスの化学者デービーは、苛性カリ(水酸化カリウム)を電気分解することで、カリウムという新たな元素を単離することに成功した。さらに彼は、苛性ソーダ(水酸化ナトリウム)を同様に電気分解し、ナトリウムの単離にも成功した。当時使われていたボルタ電池が、これらの発見を可能にした。 また、ナトリウム（ソディウム）やカリウム（ポタシウム）という名称には、英語やドイツ語、そして古くからの生活文化が深く関係している。 今回のグループワークはソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べようである。 ②演題はソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べようであり、グループ名は名無し、属した人は、平方誠二郎、中澤祐人、鈴木佑涼、鈴木奏逞、須藤春翔であり、役割は調査係。 今回はアルミニウムに着目し、1トンを製造するのに排出される二酸化炭素の量は約9.24トンである事が求められた。 ③私は、デービーの発見についてその原理を調べた。 デービーは、電気を使って物質を分解する電気分解という方法で新しい金属を取り出した。具体的には、ボルタ電池を電源として、苛性カリや苛性ソーダを高温で溶かし、そこに電極を入れて電流を流すというものであった。すると、陰極には金属のカリウムやナトリウムが現れた。これらは非常に反応しやすいため、自然界では単体では存在せず、初めて純粋な形で取り出された。 この実験は、電気が物質の分解や新元素の発見に使えることを示した重要な発見であったのだと理解することができた。
A.【講義の再話】 苛性ソーダなどの無機物質を製造する方法として、18世紀までは熱する方法が用いられていました。代表的なものに、CaCO3をつくるルブラン法があります。その後、電気化学が台頭し、電気による製造ができるようになりました。苛性ソーダは、岩塩から作る塩化ナトリウム水溶液を電気透析にかけることにより得ることができます。元素においては現在ではむしろ電気化学的製法を用いないものの方が少なく、それは希ガスや炭素、窒素、酸素などです。 【発表の要旨】 演題:ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう グループ名：なし 共著者名：石毛翼、宮入丈、矢萩陽向、松田天、白澤拓磨 役割：調査 水素を電気分解法により製造するときの二酸化炭素排出係数について調査した。カーボントラスト社によれば、水素1kgあたり12kgの二酸化炭素が排出される。 【復習の内容】 水素製造時の二酸化炭素排出係数について、他のデータから調査しなおした。松尾・平井らによれば石炭火力発電では水素1kgあたり49.6?54.1kgであり、原子力や風力発電などのCO2の発生が少ない発電方法では水素1kgあたり3.2?7.7kgである。
A.① 授業では、カリウムやナトリウムの単離方法として、溶融塩電解が使われていることを学んだ。また、カセイソーダは水酸化ナトリウムのことで、工業的には食塩水の電気分解によって得られる。電解槽の構造や仕組みに触れ、電気透析による分離法の仕組み、アルカリ製造には電気が不可欠であることについて学ぶことができた。 ② 水の電気分解 石毛翼、松田天、久保明裕、宮入丈、白澤拓磨 水の電気分解で得られる水素は、その製造過程で使用される電力の発電方法によっては環境負荷が大きい。特に化石燃料由来の電力を用いる場合、水素1kgを得るために最大で約12kgもの二酸化炭素が排出されることがある。このように、単に水素を使うだけでなく、その製造過程まで含めて環境への影響を考える必要があることをまとめた。 ③ カリウムやナトリウムは反応性が高いため、単離には溶融塩電解が用いられる。カセイソーダは、食塩水の電気分解で得られ、アルミナの精錬や紙の製造などに利用される。電気透析は、イオン交換膜を通じて効率よくイオンを分離する技術である。電気の力を利用することで、効率よくアルカリなどの物質を得る工業プロセスが確立されている。
A.①電気を使って工業製品を作る電気化学工業がある。金属の電解精錬や曹達工業など多岐にわたる。特に塩はかつて報酬として用いられたぐらい価値のあるものであった。 ②「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」グループ名ハンバーグ、鈴木、今山、五十嵐、後藤、役割：分析 アルミニウムを選んだ。一トン生産するのに15,000kWhかかり 二酸化炭素排出量は再生アルミニウムで0.309トン、耕地金で9.24トンかかることが分かった。リサイクルされたアルミニウムは耕地金より二酸化炭素排出量が少ないことが分かった。 ③ 電気透析装置は、1対の電極間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配列して、処理液である塩水を流し、電流を流すと、イオンの移動が交互におこり、陰イオン、陽イオンともに濃縮・除去される。これによりふたつの出口では塩が濃縮された水と脱塩された水が得られる。 多重効用蒸発装置は、蒸気からの熱を効率的に利用して水を蒸発させる装置である。電気透析によって製造される工業製品を調べると、減塩醤油が挙げられる。上に挙げた電気透析装置の塩水の代わりに醤油を入れ電圧をかけると、脱塩された減塩醤油と濃縮された醤油を精製できる。
A. 今回の授業ではアルカリや電気化学などについて学んだ。カセイソーダは水酸化ナトリウムのことを指し、工学で主に使われる言葉である。炭酸カルシウムはルブラン法により硫酸塩を使って工業的な生産が行われるようになった。ナトリウムとカリウムの単離は1800年にできたボルタ電堆を用いて1807年にイギリスのハンフリー・デービーと部下のファラデーによって水酸化ナトリウムと水酸化カリウムを電気分解をすることによりで初めてできた。現代では水酸化ナトリウムはイオン交換膜法によって製造されている。 今回の授業の演題は「電気化学工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」であり、グループ名は「アルミ班」共同著者は中川一生、山口竜輝、佐藤優生、HUYNHVINH KHANGだった。アルミニウムについて調べ、1トン当たりの消費電力は13000ｋWhで、二酸化炭素排出量は10.66ｔだった。 今回の授業の復習ではワークショップでの演題について調べ、工程の流れ図の書き取りの練習をテキスト「最新工業化学」の図2.6を参考にノートに行った。以下はウェブクラスで行った演習の内容である。「アルミニウムについて調べた。アルミニウム1トンあたりの電解採取に必要な電力量は13000~15000kWhである。二酸化炭素は1kWh当たり820g排出されるため1トン当たりの二酸化炭素の排出量は10.66tである。」
A.一般的な水素1トンの生成には約55000kWhの電力が必要である。さらに、化石燃料を用いた際には約72トンもの二酸化炭素が排出される。しかし、再生可能エネルギーを利用しているグリーン水素は、ほとんど無に等しい排出量で生産可能であり、環境負荷の低減に貢献することができる。持続可能な水素を生成するには、森林などの緑の拡大、再生可能エネルギーの導入や低炭素技術の活用などが鍵となっている。加えて、二酸化炭素を除去する技術も注目されていて、吸収剤の使用や炭素の回収や貯留などといった技術、海の中への溶解などがあり、これらを組み合わせることで地球環境への影響を抑え、かつ水素生産の向上や持続可能性を高めることが可能。 電気透析とは、イオン交換膜と電気エネルギーを組み合わせた技術で、脱塩、濃縮、精製などの様々な場面に利用されている。イオン交換膜の種類や配置、電気エネルギーの強度などを調整することで、効率的に目的の分離や濃縮を行える。。 なお、電気透析は以下の５つの主要要素と技術で構成されています。 ①イオン交換膜:膜の選択性が電気透析の重要部位。 ②電極技術:水の電気分解で電場を調整する。 ③電源装置:安定した直流電流を供給する装置。 ④モジュール構造: 設計や流体力学的制御によって、処理効率が決まる。 ⑤制御とセンサ技術:運転状況をリアルタイムでモニタにニング。 ⑥耐薬品性と耐熱性 また、電気透析はイオン交換膜を用いて溶液中のイオンを分離する技術であり、特にバイポーラ膜を使った方法は高効率で環境負荷が低い。さらに近年ではAIや高度な材料科学の応用により、膜の性能向上やエネルギー削減が進んでいる。今後は膜の耐久性やコストの課題を克服し、持続可能な社会に貢献していくと期待できるだろう。
A.１．講義の再話 ４つの化学結合について、 共有結合、イオン結合、金属結合、そして分子間力 これらの結合は、原子同士がどのように結びついて分子や結晶を形成する 共有結合: 非金属元素の原子間で電子を共有することで形成される結合。原子同士が電子を互いに引っ張り合うことで安定。 イオン結合: 金属元素と非金属元素の間で、電子の移動によって形成される結合。金属元素は電子を放出して陽イオンになりやすく、非金属元素は電子を受け取って陰イオンになりやすいため、互いに引きつけあって結合 金属結合: 金属元素同士の原子間で、自由電子が原子を束ねるように働く結合。金属原子は最外殻電子を放出しやすく、陽イオンとなって自由電子の海に浮かんでいるような状態になります。この自由電子が、陽イオン同士を引きつけあって結合を形成。 分子間力: 分子同士が引きつけ合う弱い力です。ファンデルワールス力などが含まれ、これらの力は、共有結合やイオン結合に比べて弱い ２．発表 グループ名 ハンバーグ メンバー 鈴木純奈 今山華百 松本碧衣 五十嵐悠ニ 小笠原 大地 アルミニウム 1トン生産するのに、15.000kW hかかる リサイクルされたアルミニウムの新しいものよりCO2の排出がすくない。 ３．復習 イオン交換膜について調べた。 イオン交換膜について、イオン交換膜とは、イオンに乖離する官能基を持つ高分子の膜のことである。
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A. 1881年にルブラン法ソーダ製造が開始された。これが国内の化学工業の始まりと言われる。カリウム、ナトリウムの発見にまつわるエピソードとして、デービーが1807年に苛性カリを電気分解することでカリウムの単離に成功したことが挙げられる。また、ボルタ電堆はアボルタによって発明された、最初の化学電池の一つである。この電堆は電気を連続的に取り出すことができる最初の装置であり、電気の研究に大きな進歩をもたらした。 演題は「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」、グループ名はハンバーグ、共著者は鈴木純奈、松本碧衣、後藤将太、五十嵐稔二、小笠原大地、私は資料作成を担当した。私たちのグループはアルミニウムを選んだ。アルミニウムを、1t生産するのに必要なエネルギーは15000kWであり、二酸化炭素排出量は再生アルミニウムだと0.309t、新地金だと9.24tである。リサイクルされたアルミニウムは新地金より二酸化炭素排出量が少ないとわかった。 復習として、苛性ソーダについて述べる。化学名を水酸化ナトリウムといい、非常に強いアルカリ性をもつ物質である。漢字で書くと苛性曹達である。苛性ソーダは取り扱いに注意が必要な物質であることを学んだ。石けんの製造や排水処理などに使われる一方で、人体への影響も大きいため、正しい知識が大切だと感じた。
A.1/講義の再話：当日ではまず周期表の英語の名称について説明してもらった。例えばカリウムはPotassiumで、NaはSodiumだ。そして、苛性ソーダというNaOHについての製造方法を学んだ。主にルブラン法は使用された。それはNaClからNaOHを作る方法だった。 2/発表の要旨：「工業製品の二酸化炭素排出係数」。 アルミニウムを電解で製造する際、1モルのアルミニウム（約27グラム）を得るためには、3モルの電子が必要である。調べた結果１トンのアルミニウムを生産する必要なエネルギーは約13000?15000キロワットアワーになる。現代の多くの電力は火力発電に依存しており、その場合の二酸化炭素排出係数はおおよそ820gのCO?を1キロワット時あたり排出する。したがって、1トンのアルミニウム製造に伴う排出係数は10.66になった。 3/復習の内容：苛性ソーダ（NaOH）は、紙のパルプ製造、石鹸、アルミニウム精製などに広く使われる強塩基である。現在では主に電解法で生産されているが、歴史的にはルブラン法の副産物として得られていた。ルブラン法は18世紀末にフランスのニコラ・ルブランによって開発された工業的手法で、食塩（NaCl）から炭酸ナトリウム（Na2CO3）を製造する工程である。具体的には、食塩、硫酸、石炭、石灰石を反応させることで炭酸ナトリウムが生成される。この過程で副産物として塩化カルシウムや硫化水素などの有害物質が発生し、環境負荷が大きかった。
A.今回のテーマは電気化学です。電気化学が用いられている工業として電気分解による精錬、合成があります。有名なものとして苛性ソーダ、水酸化ナトリウムがあります。水酸化ナトリウムではないですが、アルカリは古くから灰汁抜きに使われていました。そのときに使われていたのは植物を焼いた灰です。苛性ソーダは電解槽で合成され、通常は水に溶けた状態で保存され、濃度を高めたものが粉末として使用されます。現在の電解槽はイオン交換膜が用いられています。 ワークショップのテーマは電気分解によって作られる製品の二酸化炭素排出量です。私たちが選んだのはアルミニウムの電解精錬です。調べたところ、アルミニウムの電解精錬には12000~15000kwhの電気が必要です。1kwhあたり、820gの二酸化炭素を排出するので約10.66tの二酸化炭素を排出します。 苛性ソーダについてより調べてみました。苛性ソーダは国内で約400万トン生産されており、国内の1.2％に相当する12000000kWhの電力を年間で消費します。電力量に対し、排出される二酸化炭素量は少なく、それは苛性ソーダが二酸化炭素と中和反応を起こすことが理由です。反応した苛性ソーダはカルシウムで二酸化炭素を取り除いて完成です。
A. 電気化学工業では、電気分解によって苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）や塩素、水素を得ている。苛性ソーダは、製紙、繊維、中和反応などに用いられており、電気化学工業になくてはならない存在である。過電圧は、電気分解で理論的に必要な電圧よりも、実際には高い電圧をかけないと反応が進まないということで、過電圧によって水素を発生させて、苛性ソーダを生成している。 また、グループワークより、電気化学工業製品であるアルミニウム1トンあたりを生産するのに必要な電気量は15000キロワットアワーであり、生産によって大気中に排出される二酸化炭素の量は再生アルミニウムで0.309トン、新冶金で9.24トンであり、リサイクルされたアルミニウムは新冶金より二酸化炭素排出量が少ないことがわかった。 アルミニウムの電気化学工業製品を用いて、大気中の二酸化炭素を減らすには再生可能エネルギーの利用により、精錬時の二酸化炭素を減らすことができる。また、リサイクルによって二酸化炭素を減らすこともできる。アルミニウムの再溶解によって行われるリサイクル技術は新冶金による製錬に比べエネルギー消費が少なく、二酸化炭素排出も大幅に抑えることができると考える。
A.①講義の再話 第3回目では、塩基について学んだ。無機工業化学p．13を参照した。ナトリウムはドイツ語であり、英語ではソディウムという。同様にカリウムは英語でポタミウム、エネルギーはエナジーという。レモネードはレモンと砂糖と炭酸水素ナトリウムを用いて作られる。ここで、炭酸水素ナトリウムは灰汁抜きにも用いられており、古くは炭を用いていた。現在、水酸化ナトリウムは電解法を用いて作られている。具体的には、塩化ナトリウムと水を反応させることで、水酸化ナトリウム、水素、塩素を生成しているという。 ②発表の要旨 発表では、ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べた。具体的には電気化学製品として水素を選び、調べ学習をしたところ、水素1トンを生成するために必要な電力はおよそ55,000kWhであり、その際に排出される二酸化炭素量はおよそ9～12トンであるとわかった。 ③復習の内容 グループワークの内容について考えを深めた。ソーダ工業製品の二酸化炭素排出量を減らすためにできることとして考えられることは、低酸素化することと、エネルギー効率を向上させることである。そして、実際に排出されてしまった二酸化炭素を減らすには、森林を増やすことや海中に溶解することが考えられる。
A.今回の授業では、苛性ソーダを学びました。苛性ソーダは水酸化ナトリウムのことで劇物に指定される強アルカリ性の物質です。吸湿性があり、白色の見た目をしています。カリウムは水酸化カリウムの電気分解で生成され、ナトリウムは塩化ナトリウムの融解塩電解で生成されると分かりました。電解で様々な元素が作られ、希ガスは電解では作れないと分かりました。 発表は「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」というテーマでまとめた。 「現代の電気化学」p131表5.6のイオン交換膜法より電解エネルギー1tあたり 2200kW・h とわかる。また、二酸化炭素量は1tあたり0.883tつくられるとわかった。電 力を再生可能エネルギーに切り替えることで二酸化炭素量を減らせると考えた。 苛性ソーダの利用法について調べました。苛性ソーダは、石鹸や洗剤の製造、食品のpH調整、排水管の清掃などに使われます。工業的には紙のパルプ処理や化学品の合成にも不可欠です。扱いには注意が必要ということも分かりました。
A.①苛性ソーダ、灰汁抜き、ルブラン法ソーダ製造、電気分解で作れるもの、水酸化ナトリウムの作り方などについて学びました。苛性ソーダとは水酸化ナトリウムのことで、アルカリ性が強力で、常温常圧ではナトリウムイオンと水酸化物イオンからなる、吸湿性をもつ白色のイオン結晶です。灰汁とは、炭酸カリウムのことで、中和反応によってシブを軽減します。レモネードは、レモン（クエン酸）に炭酸水素ナトリウム（重曹）を加えて中和反応を起こすことでレモンの酸味を軽減しています。ルブラン法ソーダ製造では、硫酸塩を石灰や木炭と赤熱して炭酸ナトリウムと硫化カルシウムを作ります。水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのイオン結合性の化合物は、電気分解することでカリウム、ナトリウムなどの金属を単離させることができます。C、O、Sなどの共有結合性の原子は電気分解ができません。水酸化ナトリウムは食塩電解プロセスで、食塩（NaCl）を水溶液中で電気分解することで作れます。食塩は岩塩から採取するか、瀬戸内海などでは雨が少ないため、海水の濃縮によって作られています。 ②グループ名は右前です。グループメンバーは小野翔太、内藤樹、赤嵜亮太です。電機化学製品としてアルミを選び、製造する際の二酸化炭素排出量について調べました。アルミニウムは電気分解によって作られます。この際に必要な電力は14000~15000 kWであり、アルミニウム1トンの製造で9.24トンの二酸化炭素が排出されることが分かりました。目的物の9倍以上の二酸化炭素量が排出されているのは環境に良くないことだという結論に至りました。 ③灰汁抜きについて調べました。まず、灰汁とは、食品に含まれる苦み、渋み、えぐみ、アク臭のもととなる成分のことで、ポリフェノール、シュウ酸、サポニン、アルカロイドなどがあります。これらにはカリウム、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属が含まれており、これらはゆでることで溶けだします。また、重曹を加えることで中和反応が起こるので柔らかくすることができます。
A.①NaOHは苛性ソーダとも呼ばれている。製造法としては、イオン交換膜法が代表的であり、これはカソードとアノードを隔膜で分離し、NaCl水溶液を電気分解することで得られる。電解ソーダ法とも呼ばれるこの方法は、純度の高いNaOHを効率的に得る手段である。歴史的には、ルブラン法という古典的な製法も存在し、これは硫酸と食塩を反応させて炭酸ナトリウムを得る工程であった。さらに、ナトリウム（Na）やカリウム（K）などのアルカリ金属は、融解塩の電気分解によって単体として分離される。 ② 苛性ソーダについて調べた。CO2の排出量は2005年から2020年で変わらず132万トンであった。CO2の削減には特に自動車用材料の製造において軽量化による燃費の向上が必要である。 ③電気透析装置は、イオン交換膜を利用して溶液中のイオンを分離する技術である。直流電流を用いることで、塩分を濃縮すると同時に純水を得ることができる。この技術は、製塩のほか、食品の脱塩、排水処理、化学薬品の製造などに活用されている。特に、工業用水の再利用や環境負荷低減において重要な役割を担っている。 多重効用蒸発装置は、蒸発缶を複数の段階に分けることで、効率的に溶液を濃縮する技術である。真空下で蒸発を行うことで、従来の蒸発装置と比較してエネルギー消費量を抑えることができる。この装置は、製塩工程だけでなく、食品工業や化学工業など多様な分野で活用されている。特に、廃液の減容化や有価物の回収において有効である。 電気透析によって製造される工業製品にはNaCl、純水、化学薬品などがある。
A. 第3回の講義では、電気分解で生成される化学材料について学んだ。初めに電池について、最初期に開発されたのはボルタ電堆である。ボルタ電堆は銅と亜鉛の金属板が塩水に浸した布で仕切られ、交互に重なられた構造をとる。この後改良が進み、ボルタ電池が開発された。ここからさらにダニエル電池（実用可）へと進化を遂げ、今の電池に発展していった。これらの電池は電気分解という反応を利用している。電気分解はカリウムやナトリウムの単離にも利用され、苛性ソーダNaOHの製法としても知られている。 グループディスカッションでは、「演題：ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう（グループ名：りかちゃむ、共著者名：嶋貫莉花、榎本理沙、遠藤由里香、羽生胡桃、白坂茉莉香、役割；発言者）」について議論を進めた。私たちのグループは、苛性ソーダについて考えた。 「現代の電気化学」p.131の表5.6によると、イオン交換膜法により苛性ソーダ1トン当たりを生産するのに必要な電力量は2200kWhだと分かった。また、このとき0.883トンの二酸化炭素が発生することが計算により求められた。 ディスカッションを通して、こういった工業製品の生産では多量の二酸化炭素排出が伴うことを学んだ。他にも様々なところで二酸化炭素が排出されており、中でも化石燃焼を燃やすことによる排出が多くを占めている。そこで、再生可能エネルギーと火力エネルギーを時間帯別に使い分けるシステムを構築すれば、二酸化炭素の排出量を抑えることができるのではないかと考えた。再生可能エネルギーはカーボンニュートラルを実現できるというメリットがあるが、天候や時間帯に左右され、定常的に利用できない点が課題である。そこで、日や時間帯によって変化する獲得エネルギー内訳に応じて、どのエネルギー（例えば太陽光、水力、風力、火力、原子力）をどの程度使うかを自動調節してくれる仕組みを実現することができれば、二酸化炭素排出量を最小にしつつ安定したエネルギー供給を達成できるのではないかと考えた。
A.① カセイソーダについて調査し、カセイソーダは液体であることを学んだ。カセイソーダの製造はまず塩化ナトリウムを加水分解し、水酸化ナトリウムをまた、ルブラン法について複数の教科書で調べ、最新工業化学p1ページからルブラン法では硫酸塩を石灰や木炭と赤熱して炭酸ナトリウムと硫化カルシウムを作る。ソーダを作る目的でルブラン法は使われる。ボルタ電池についても学んだ。水酸化ナトリウムの製造法として条件がないと製造できないということを学んだ。また、水の共有結合や、塩化ナトリウムの電離について触れた。 ②カセイソーダの製造法について関連してルブラン法について食塩と硫酸から硫酸ナトリウムを生成したのち、生じた物質を石灰石とコークスと一緒に加熱することで炭酸ナトリウム（カセイソーダ）を製造する方法だということが調査から分かった。 ③この講義の復習としては、カセイソーダの製造法について学んだ。カセイソーダの製造法は、ルブラン法が挙げられ、この方法では食塩と硫酸から始まって石灰石とコークスを経由して加熱してカセイソーダを製造する方法であるということを発表者から学んだ。
A.①第三回は、苛性ソーダについての授業であった。苛性ソーダとは水酸化ナトリウムのことであり、水酸化ナトリウムは無機工業において反応を起こすことで重要な物質であった。水酸化ナトリウムはルブラン法を用いて生成される。これは硫酸塩から水酸化ナトリウムを生成する反応であり、石灰や木炭と加熱し、炭酸ナトリウムと流下カルシウムを生成することで製造される反応である。また、19世紀からは電気化学的製法が普及し、NaClを電気分解することで水酸化ナトリウムを得られるようになった。炭酸水素ナトリウムは酸を中和させる作用があり、山菜のあく抜きなどで利用されていた。 ②授業最後の演習では苛性ソーダ製品について調べた。メンバーは大濱風花、近ありす、島貫乃愛、大坂流音、増子香奈、鈴木結惟の六人で、班名は左前、役割は発言であった。私たちの班では自動車材料としての苛性ソーダの利用について調べ、苛性ソーダを用いた自動車材料を使うことで軽量化され、これによって燃費が向上しCO?削減が期待できるということが分かった。 ③復習として電気透析を支える技術について調べた。電気透析とはイオン交換膜と直流電場を利用し、溶液中のイオンを選択的に除去・濃縮する技術のことであり、これを支える技術としてイオン交換膜技術や電極技術などがあげられる。イオン交換膜技術は高いイオン選択性と化学的・電気的安定性が求められる。また、膜電気抵抗が低く電気効率が高いことも重要である。電極技術は水の電気分解を行う際に必要であり、腐食や析出の対策を行う必要がある。材料例として白金やチタン被覆酸化ルテニウムなどがあげられる。
A.灰汁ヌキによって食べられなかったものを食べられるようにしたり、石鹸によって体を洗浄できるようにしたりと、アルカリは昔から重要なものであった。ルブラン法によって1881年からソーダ製造がおこなわれるようになった。また電気分解によってカリウムやナトリウムの単離ができるようになった。また水酸化ナトリウムの作り方として日本ではイオン交換膜法が主流であり、この方法によって製造されている。 「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数」「グループ名：アルミ班」「共著者名：HUYNHVINH KHANG、佐藤 優生、佐藤 光介、山口 竜輝」「役割：書記」。アルミの電解にはアルミ1tあたり13000から15000kWhが必要である。1kWhあたり二酸化炭素は820g排出されるため、アルミ1tをつくるのに約10.66tの二酸化炭素が排出されることになる。手法によって排出量には差があるがアルミ1tを作るだけでこのような大量の二酸化炭素が排出されるということが分かる。 電気透析を用いることによって、脱塩や濃縮をすることが可能であり、食品工業などにおいては塩分の除去であったり、成分の精製、濃縮などが行われている。食品の減塩もすることができるなど、私たちの思っているよりも身近にある技術であることが分かる。
A.電気化学工業について、電圧（ボルト）をかけて食塩水を電気分解し、洗剤原料となる苛性ソーダや塩素、水素を生産する方法であるボルタ電池やルブラン法、その様式について調べる。これにより合成洗剤や漂白剤が作られ、水素は燃料や化学原料として利用されることがわかる。電気分解によって物質を生み出すこの技術は、クリーンエネルギーや脱炭素社会にもつながる重要な産業であることが分かる。 発表では、ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数について調べた。(グループ名：りかちゃむ 共同発表者 榎本理沙 川端萌菜 羽生胡桃 遠藤由里香 白坂茉莉香 ）現代の電気化学ページ131の表5.6のイオン交換膜法より、電解エネルギー１ｔで2200kwhのエネルギーであることが分かり、これにより二酸化炭素の排出量は電解エネルギー１ｔあたり0.883t生成されることが分かった。 復習として、苛性ソーダの生成方法について学びなおした。苛性ソーダ（水酸化ナトリウム、NaOH）は、主に塩化ナトリウム水溶液（食塩水）を電気分解することで製造される。この方法は「イオン交換膜法」が一般的で、陽極では塩素ガス、陰極では水素ガスと水酸化ナトリウムが生成される。副産物として得られる塩素や水素も重要な工業原料となる。苛性ソーダは紙や石けん、合成洗剤の製造など、さまざまな化学工業で幅広く利用されていることがわかった。
A.あく抜きとは炭酸カリウムなどの弱塩基性の物質でシュウ酸やポリフェノール類を中和し取り除くことをいう。また、Naは水酸化ナトリウムをKは水酸化カリウムをハンフリー・デービーが電気分解したことで単離され発見された。そこで、電気を使用しないで単離できる元素は共有結合しているもので、CやN、Oなどが挙げられる。それから、NaOHはイオン交換膜法電解槽を用いて生成する。 ワークショップの演題はソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べることであった。グループ名はアルミニウムで共著者名は、笹原里音、山中麻央、渡辺陽菜、荒井巴瑠、坂本彩夏で、自分の役割として調査者であった。私たちの班はアルミニウムについて取り上げ、アルミニウム１ｔ当たりの電力量は14000ｋＷｈで、１ｋＷｔの電力量を作るときのＣＯ?は約368ｋｇである。そのため１ｔ当たりのＣＯ?排出量は5152ｋｇとなることが分かった。 復習として、電気透析装置と多重効用蒸発装置、電気透析によって製造される工業製品について調べた。電気透析装置はイオン交換膜を使って、原液から塩分などを除去する装置で、多重効用蒸発装置は容器ごとに圧力を下げながら蒸気の熱を再利用し、水を効率的に蒸発させる装置であることが分かった。そして、電気透析によって半導体が作られることが分かった。これらの装置または電気透析が工業製品の製作を支えていると考えられる。
A.１．アルカリ性のアルカリは、アラビア語である。日本語では塩基と呼ぶ。苛性ソーダは、水酸化ナトリウム（NaOH）のことであり、強塩基を代表する物質としてよく知られている。では、この水酸化ナトリウムは何に使われているのか。実は、幅広く使用されており、化学繊維や、紙、パルプ、化学薬品、食品工業、石鹸に使われている。苛性ソーダの発展以前では、灰汁が使用されていた。また、水酸化ナトリウムの電気分解によりナトリウムの単離を、水酸化カリウムを電気分解をすることで、カリウムの単離をそれぞれ成功させた。 ２．私たちのグループでは、グループ名を右前とし、アルミニウムの生産において、二酸化炭素の排出量を単位ワット（W）で表した。具体的な数値を示すと14000-15000kWであり非常に多くの電力に換算できることが分かった。 ３．単離について調査してみると、物質の混合や、加熱、加圧は18世紀までは盛んにおこなわれていたが、19世紀からは、電気を使用した操作が主流となっていったことが分かった。
A.①ルブラン法について。ルブラン法とは硫酸塩を石灰や木炭と赤熱して炭酸ナトリウムと硫化カルシウムをつくる。工業化されたのは1791年である。そしてこれが国内の化学工業の始まりといわれている。18世紀において混合、加熱、加圧は単離操作といわれている。19世紀は単離操作として電気が使われていた。 水酸化ナトリウムの作り方として、隔膜法、イオン交換法が挙げられる。 塩は主に塩湖から持ってくる。日本では瀬戸内海阿古の塩を用いている。温泉から塩を取り出そうとしたが採算が合わず失敗した。電気透析を用いることで塩を作れる。 ②発表では、アルミニウムの生産について調査した。アルミニウムは1t生産するのに15000kWh消費する。二酸化炭素の排出量は再生アルミニウムでは0.309t、新地金では9.24tである。また、リサイクルされたアルミニウムは新地金より二酸化炭素排出量が少ないことが分かった。 ③復習では電気透析について調査した。日本で行われている海水の濃縮はすべてこの方法を経由している。食塩は濃縮液を蒸発させて作られている。海水を100?200ppm程度の塩濃度に希釈して工業用水とする際にも、電気透析法が用いられている。
A.
A. 今回の講義では苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）を中心に学び、製法として隔膜法・水銀法・イオン交換膜法があり、日本ではイオン交換膜法が主流。灰汁抜きはKCO?でポリフェノールやシュウ酸を除去する操作。ルブラン法では硫酸塩から炭酸ナトリウムを生成。NaやKの単離はデービーが電気分解で発見し、単位操作やボルタ電帯についても学んだ。 発表は「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」というテーマでまとめた。 「現代の電気化学」p131表5.6のイオン交換膜法より電解エネルギー1tあたり 2200kW・hとわかる。また、二酸化炭素量は1tあたり0.883tつくられるとわかった。電力を再生可能エネルギーに切り替えることで二酸化炭素量を減らせると考えた。 イオン交換膜法は、1950年代に研究が始まり、1972年に日本で製塩法として本格導入されました。従来の塩田に代わり、電気透析により海水からナトリウムと塩素イオンを選択的に抽出し、真空蒸発缶で結晶化させることで、天候に左右されず高純度の塩を効率的に製造可能となりました。現在では、食塩製造だけでなく、苛性ソーダや塩素などの化学工業原料の製造にも広く利用されています。
A.①今回の講義では、わずか3ボルトという電圧が、現代社会に不可欠な洗剤や水素を生み出す電気化学工業の根幹をなしていることを学びました。特に、食塩水を電気分解することで、苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）や塩素、そして水素を製造するプロセスが中心でした。かつて、苛性ソーダの製造には、環境負荷の大きいルブラン法が用いられていましたが、電気化学工業の発展により、より効率的で環境に優しいイオン交換膜法が主流となりました。このイオン交換膜法は、選択的にイオンを透過させる特殊な膜を使用することで、高純度の苛性ソーダを安定して生産することを可能にし、現代の化学工業において極めて重要な技術となっています。 ②電気化学工業は、3ボルト程度の電圧を用いて、私たちの生活に欠かせない苛性ソーダ（洗剤の原料）やクリーンエネルギー源としての水素を効率的に生産する基盤技術です。特に、環境負荷が高かった旧来のルブラン法から、現代の主流であるイオン交換膜法への転換は、化学工業の持続可能性を大きく向上させました。この技術革新は、単に製品の生産量を増やすだけでなく、製造プロセスの環境負荷を低減し、資源の有効活用を促進するという点で、現代社会に多大な貢献をしています。 ③今回の講義で復習すべきは、まず3ボルトという電圧が電気化学反応を駆動する上でいかに重要であるかを理解することです。次に、その電気化学反応によって生産される主要な物質として、苛性ソーダ（洗剤の主原料）と水素があることを確認します。歴史的な視点からは、環境負荷の大きかった旧来のルブラン法から、現代の主流であるイオン交換膜法へと、苛性ソーダ製造技術がどのように進化してきたかを整理することが重要です。これらの知識は、電気化学工業の基礎とその社会への貢献を理解する上で不可欠となります。
A. 第３回の授業のテーマは「電気化学工業」であった。洗剤や漂白剤は液体の化学薬品がそのまま身近な生活に使われる。温度と圧力で作ることができる液体や気体は灰汁やアンモニアである。電気の力を化学に使うのが電解であり、加熱や加圧の単位操作だけでは作れなかった化学薬品を手に入れることができる。水を水素と酸素に熱分解するには２５００度もの高温が必要になるが、電気を使えば高温にしなくとも分解することができる。電解製造では主にアルミニウムや二酸化マンガン、電解精製では銅、電気透析では食塩を得ることができる。１キロワットアワーの電力量でできるものには二酸化炭素５００ｇ、アルミニウムは７５ｇがある。 海水から製塩で得られた食塩は、ソーダ灰、苛性ソーダ、塩素、塩素化合物を作る原料となる。このような工業をソーダ工業という。海水から食塩を取り出すのに、熱エネルギーを使うよりも電気エネルギーを使用すると、はるかに効率が良くなる。
A.①今回の講義ではNa、そしてKは電気分解により単離されると学んだ。NaOHの製造は電解法によって行われる。電解法には隔膜法、イオン交換膜法、水銀法がある。日本ではイオン交換膜法が一番使われている。原料は食塩水溶液であり、NaOHの製造と一緒に塩素と水素が生まれる。また、「現代の電気化学」のp121から希ガスを単離するのに電気分解は用いることができないと学ぶことができた。 ②グループワークでは苛性ソーダが1t作られる時の電気量、そして二酸化炭素の量について考えた。「現代の電気化学」のp131、表5.6のイオン交換膜法より電解エネルギーは1tあたり2200kwh必要だとわかった。また、二酸化炭素量は1tあたり0.883t作られるとわかった。二酸化炭素を減らすためには使う電力を再生可能エネルギーで補う必要があると考えた。 再生可能エネルギーに変換すると電力を作る過程で発生するエネルギーを減らせると考えた。 ③私は再生可能エネルギーの中でもより二酸化炭素を排出しないものは何か疑問に思い調べることにした。調べた結果、水力発電が二酸化炭素の排出量が極めて少ないと考えました。しかし、水力発電の発電量は天気に左右されるため供給量に差が出てしまうなど生産を安定して行うには難しいことがわかった。
A.１．苛性ソーダについて学んだ。最新工業化学p.13~14より、苛性ソーダはNaOHのことであり、製紙工業のパルプ蒸解やセルロース繊維の紡糸、中和剤などの多岐に渡る役割を果たしていることを学んだ。日本国内では、主にイオン交換膜法によって製造されている。電解によって高濃度のNaOH溶液を得ることができる。原料として食塩水を用い、苛性ソーダの他に塩素や水素が生成する。ルブラン法では、硫酸塩を石炭や木炭と赤熱して炭酸ナトリウムと硫化カルシウムをつくる。1791年に工業化され、ここから化学工業が始まった。 ２．演題：水素の製造 共著者：山?紀々香、金子乃々楓、山根寿々、永井日奈、向田有稀 自身の役割：書記 水素の製造について調査した。水素を1ｔ生産するために大量の電気を必要とし、さらに二酸化炭素が9~12ｔ排出される。 ３．水素は水の電気分解や化石燃料を使った水蒸気改質法などから製造される。大気中の二酸化炭素を減らすためには、二酸化炭素の発生源である化石燃料の使用量を減らしたり、エネルギー効率を向上させたりすることが有効であることがわかった。エネルギー効率を向上させることで、より少ない化石燃料でエネルギー生産を行うことができる。その結果、化石燃料を減らすことにつながる。また、森林を増やしたり、再生可能エネルギーを利用して低炭素化を図ることも必要であると考えられる。
A.苛性ソーダは水酸化ナトリウム(NaOH)のことを指す。苛性ソーダなどの言葉は、工業的な場面で使われている。ナトリウムは英語でソディウム、カリウムは英語でポタシウムという。ラムネを日本語でレモネードという。レモネードの製造では「レモン+砂糖+NaHCO?→CO?」の反応が起こっている。山菜などのシブを無くすために灰を入れるため、灰汁を抜くという。ポタージュの語源は、ポット(土器)とアッシュ(灰)から来ている。ルブラン法は、硫酸塩を石灰や木炭と赤熱して炭酸ナトリウムと硫化カルシウムを作る方法である。ガラスを作るのにアルカリが用いられた。化学は、混合・加熱・加圧などの操作があり、これらを単位操作といい、18世紀までに確立した。19世紀以降は電気を用いるようになった。KとNaはボルタ電帯を利用して電気分解して単離した。不活性ガスや共有結合しているものは、電気分解では得られない。現代では、水酸化ナトリウムは電気法によって製造される。電気法は、隔膜法やイオン交換膜法、水銀法がある。電気透析は、塩化ナトリウムの濃縮と脱塩が同時に行われる。また、塩分を濃縮するだけでなく、薄くするのにも利用されている。 私たちの班は、アルミの生産時のCO?排出量を調べました。アルミの生産に必要な電力量は、13000~15000kWhである。そして、1kWhあたりのCO?排出量は820gなので約10.66tのCO?が排出量されることになる。 電気透析によって製造される工業製品に苛性ソーダがある。苛性ソーダは精製した塩水を電気分解、イオン交換膜を使って苛性ソーダと塩素に分離を経て作られる。
A.①今回の授業では、3ボルトが生み出す洗剤と水素について学び、電気化学工業について学んだ。はじめに、苛性ソーダについて学んだ。火星ソーダはラムネやレモネードに使われている。レモネードはレモン+砂糖+ NaHCO3で作られている。NaHCO3でクエン酸を中和させる。またアク抜きでも使われている。またルブラン法について学んだ。ルブラン法とは、18世紀末に、フランスの科学者、ニコラ・ルブランによって開発された、食塩から炭酸ナトリウムを工業的に製造する方法である。 ②グループワークでは、ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べた。私たちのグループでは、苛性ソーダについて現代の電気化学から学んだ。現代の電気化学P131、表5.6のイオン交換膜法より電解エネルギー1トンあたり2200kW/hとわかった。また二酸化炭素量は1トンあたり0.883トン作られるとわかった。電力を再生可能エネルギーに切り替えることで、二酸化炭素量は減らせるのではないかと議論した。 ③今回の授業では、アルカリ(アラビア)塩基について学んだ。ナトリウムはドイツ語であり、英語にするとソディウスとなる。同様に、カリウムはポウリウム、エネルギーはエナジーと言う。また苛性ソーダが身の回りのどのようなものに使われているか学んだ。例として、ラムネ、レモネード、アク抜き、木綿などが挙げられた。また様々な工業製品の二酸化炭素排出量についても学んだ。
A. ラムネの作り方はクエン酸と重曹(炭酸水素ナトリウム)の化学反応で中和させることである。 苛性ソーダは水酸化ナトリウムのことである。これは電解法によって製造され、隔膜法やイオン交換法、水銀法がある。原料に食塩水溶液を用いているため、塩素と水素も得ることができる。日本ではイオン交換膜法が用いられる。食塩水もイオン交換膜を用いて電気分解から製造している。 灰汁抜きは灰汁(炭酸カリウムで酸性)を抜くために重曹で中和させる。なぜなら、シュウ酸や炭酸カリウムでお腹を壊してしまうため。 ルブラン法は硫酸塩や石灰や木炭と赤熱することによって、炭酸ナトリウムと塩化カルシウムを作ることである。これは国内初の化学工業となった。化学工業で、混合、加熱、加圧などを単位操作という。カリウムとナトリウムの単離方法として、カリウムは水酸化カリウムから、ナトリウムは苛性ソーダからの電気分解で得られる。それと比べて、電気を使わないでできる元素は貴金属、ケイ素、リンである。これは共有結合を有していて、単離することができないためである。
A. ① レモンソーダは、重曹にレモンを加えることで得られる。これは、重曹に含まれる、炭酸水素ナトリウムと、クエン酸が中和することで二酸化炭素が発生し、すっぱ過ぎずシュワシュワとした液体になることによる。化学として、最も一般的なソーダには、苛性ソーダ、水酸化ナトリウムが挙げられる。水酸化ナトリウムは、一般的には塩化ナトリウムの電気分解によって得られ、石鹸や漂白剤として多くの工業製品に利用されている。 ② グループでは、水の電気分解によって得られる水素の量と必要になる電気量、二酸化炭素排出量について議論を行った。理論体積当たりの水を分解するために必要な電気量は2400Ah/Nm3であったことから、水素1kgを生成するためには、二酸化炭素が約12kg排出されることが分かった。 ③ 復習として、塩化ナトリウムの電気分解において、利用されている技術や工夫について調査を行った。工夫としては、電極間に陽イオン交換膜が配置されていることが挙げられた。陽イオン交換膜が存在することで、塩化物イオンが負極に近づくことが減り、高純度のNaOHを得ることができる仕組みになっていることが分かった。
A.ソーダ灰ことアルカリについてを取り上げた。アルカリとして有名なのは苛性ソーダで化学式はNaOH、強アルカリ性で吸湿性を持つ白色固体である。教科書より水酸化ナトリウムは日本においてイオン交換膜法による方法が主流とされている。化学式はNaCl＋H2O→NaOH＋1/2H2＋1/2Cl2。イオン交換膜で仕切られたアノード室にはかん水ことNaCl水溶液、カソード室には希薄苛性ソーダ水溶液を入れて電解を行なうと、アノード極には塩化物イオンが集まり酸化されることで塩素ガスが発生する。カソード極では水の還元で水素ガスと水酸化物イオンが生成する。 演習ではソーダ工業製品、塩酸、曹達灰など、冶金やきんなど、水素などの電気化学工業製品からひとつ選び、製品１トンあたりを生産するのに必要な電力量と、生産によって大気中に排出される二酸化炭素の量を調べて大気中の二酸化炭素を減らすにはどうすればよいかを考えた。電気化学工業製品としてアルミニウムを挙げ、アルミニウム1tを精製するのに必要な電力量は14000kwh、1kwtの電力量を作る場合二酸化炭素を約368kg排出することからアルミニウム1tを精製するのに排出する二酸化炭素は5152kgと計算した。大気中の二酸化炭素を減らすには送電や配電、電気を利用する機械の効率を上げて電気の消費を極力少なく出来るように努めるのがいいと考えた。 別の演習では電気透析装置と多重効用蒸発装置について調べ、電気透析によって製造される工業製品を調べた。電気透析装置は水に溶けているイオン成分を濃縮したり除去したりするもの。脱塩や精製などの操作を短時間で処理できるメリットがある。電気分解とは異なり定電流で済むためコストは低めで食品加工調味液の塩分調整や果汁などの酸の濃度調整などに使われる。多重効用蒸発器は熱を利用して水を蒸発させる装置のことを指す。
A.①講義で電気化学工業について学んだ。アルカリの語源はアラビア語である。苛性ソーダとは水酸化ナトリウムのことであり、苛性ソーダや炭酸水素ナトリウムは中和やあく抜きに使用される。ソーダの製造方法として硫酸塩を原料とするルブラン法がよく知られている。かつて18世紀までは単離は火を使って容器を加熱して行われていたが、19世紀以降ではボルタ電堆を用いて電気分解によって単離した。 ②グループワークでソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べた。私達の班ではアルミニウムの排出係数について調べた。アルミニウムを1トン生産するために必要な電力量は15,000kWhほどである。また、二酸化炭素排出量は再生アルミニウムでは0.309トン、新地金では9.24トンである。これよりリサイクルされたアルミニウムは新地金よりも二酸化炭素排出量が少ないことが分かった。 ③ソーダ工業における二酸化炭素排出量を減らす方法について調べた。その結果、製造プロセスを見直したり、再生可能エネルギーを利用することが効果的と分かった。石灰石の熱分解や化石燃料の使用で多量の二酸化炭素が発生するためそこを太陽光などの再生可能エネルギーに変えるだけで排出量を抑えられる。また、排出された二酸化炭素を回収して再利用する技術の利用も効果的であるとわかった。
A. アルカリについて学んだ。苛性ソーダは工業用語として存在し、水酸化ナトリウムのことである。ルブラン法はソーダの製造方法であり、硫酸塩を石灰や木炭と赤熱して炭酸ナトリウムと硫化ナトリウムを作る。カリウムとナトリウムはどちらも電気分解によって単離された。ナトリウムはイギリスのハンフリー・デイビーが水酸化ナトリウムを、カリウムはイングランドの科学者デービーが水酸化カリウムを電気分解して単離された。 現在の水酸化ナトリウムの作り方は、食塩電解、水銀法などがある。日本で主流なのはイオン交換膜法である。これは食塩水溶液を用いて行われ、水酸化ナトリウムと水素と塩素が得られる。 グループで議論した演題は、ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べようで、グループ名は左前、メンバーは近ありす、大濱風花、島貫乃愛、大坂流音、増子香奈、鈴木結惟であった。自分の役割は、発言であった。私たちのグループは苛性ソーダ製品である自動車用材料について調べた。軽量化によって燃費が向上し、二酸化炭素排出量が削減できることがわかった。具体的な数値までは調べることができなかった。 苛性ソーダは代表的な強アルカリ化学製品である。その強いアルカリ性の性質を利用して、様々な酸や金属元素と反応させたり、物質を溶解させる。他にも、化学品や化学薬品を合成する反応の原料や、還元剤、反応条件の調整・処理など広範囲に使われている。苛性ソーダを製造するのに必要な電力量は2500?3000kWhで、二酸化炭素排出量は1.0?1.5tである。自動車材料に必要な電力量は14000?17000kWhで、二酸化炭素排出量は8.0?12.0tである。電気工業製品の製造には大量の電力が必要であり、多くの二酸化炭素を排出していることが分かった。二酸化炭素排出量を減らす方法としては、リサイクルや再生可能エネルギーを利用することが挙げられる。
A.①テーマは電気化学工業についてである。ルブラン法では塩化ナトリウムと濃硫酸を混合して加熱して硫酸ナトリウムを作り、木炭、石灰石と反応させて炭酸ナトリウムをつくる。また、水酸化ナトリウムは別名を苛性ソーダといい、食塩水を電気分解することで得られる。このようにしてできた苛性ソーダは、様々な工業製品の製造に用いられる。 ②二酸化炭素の排出量の発表では、水の電気分解において水素1kgあたりに排出される二酸化炭素の量を調べた。グループ名は未定で、グループのメンバーは私を含めて宮入丈、矢萩陽向、白澤拓磨、松田天、久保明裕であり、私の役割は原稿作成であった。水素1kgあたりでは二酸化炭素は12kgが排出されると調べられた。 ③授業で取り上げられた苛性ソーダについて調べた。苛性ソーダは以前は電解ソーダ法によって製造されていたが、現在ではイオン交換膜法のみとなっている。このイオン交換膜法では、苛性ソーダに加えて塩素、水素も得ることができる。このように製造された苛性ソーダは、化学工業、製紙工業、繊維産業、洗剤産業などに使用されており、産業及び工業において非常に重要である。
A.①苛性ソーダの電解法とルブラン法による製造プロセス、ボルタ電池との関係性や水と塩化ナトリウムの電離を学び、②電解法と硫酸塩還元によ る炭酸ナトリウム生成反応を対比して発表し、③ルブラン法の手順と条件の要点を復習しました。
A.
A.?「アルカリ」はアラビア語が語源で、日本では「塩基」や「苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）」として知られています。石鹸は油脂とアルカリの反応で作られ、工業的には1791年にルブラン法が確立されました。これは硫酸塩を石灰や木炭と高温で反応させて炭酸ナトリウムを得る方法で、日本では1881年に導入されました。ラムネはレモネードからきた名称で、炭酸水素ナトリウムが使われます。19世紀にはハンフリー・デービーによってカリウムやナトリウムが水酸化物の電気分解で単離されました。現在では、食塩を原料としたイオン交換膜法により苛性ソーダが製造され、同時に塩素と水素も得られます。工業では多数の元素が電解法で製造されており、重要な技術となっています。 ?「曹達工業製品のCO2排出量について」 アルミニウム 山中麻央(執筆)、荒井巴瑠、渡邉陽菜、青木優菜、笹原里音、坂本彩夏 曹達工業製品のCO2排出量について考えた。曹達工業製品はNaCl原料として工業的であり、例として、アルミニウム1t生産するのに必要な工業製品は14000kWhである。その結果、二酸化炭素の排出量は5152㎏になることが調べた結果分かった。 ?私は電気化学工業製品であるソーダ工業製品について調べた。そもそもソーダ工業製品とは塩化ナトリウムを原料として製造される製品の総称である。その中で二酸化炭素排出量を調べるにあたり、例としてアルミニウム製品について述べる。アルミニウムを1トン生産するのに必要な電力量はおよそ14000kWhであり、そこから、1kWhの電力量をつくるときに排出される二酸化炭素排出量は約368kgであるため、アルミニウム製品を1トン生産するときに排出される二酸化炭素はおよそ5152㎏であった。また、アルミニウム自体を作るのに必要な二酸化炭素排出量は6.378tであった。大気中の二酸化炭素を減らすには、エネルギー使用量の削減や化石燃料から脱炭素燃料への転換が必要であると考えた。
A. 苛性ソーダとは水酸化ナトリウムのことで代表的な強アルカリ化学製品ということを学びました。そのほかにも硫酸銅や石灰や木炭を赤熱して炭酸ナトリウムと硫酸カルシウムが得られるルブラン法やカリウムやナトリウムの発見にまつわるエピソードを知ることができました。またNaOHの作り方なども学びました。 ソーダ工業は塩を原料に幅広い産業分野の原料・副原料、反応剤に使われる化学薬品を製造する工業 ソーダ工業製品はNaCl原料として工業的で例えばアルミニウム1tで電力量14000kwh 1kwhの電力量を作るときC02=約368kg 1t→CO2排出量5152kgとなります。大気中の二酸化炭素を減らすには待機電力を減らしたり、エアコンの温度を見直したりすることが重要だと考えます。また、電気透析とは塩分を濃くするときだけではなく薄くするときにも使われています。また濃縮と脱離が同時に行われることで濃縮と希釈ができ、 電気透析によって製造される製品はイオンを除去して排水の再利用を検討した「セレミオン」電気透析装置などがあります。 今回の講義を通して、自分の知っている物質の作り方や電力量でできるものなど知識がつけられて良かったです。
A.電気化学は、物質の酸化還元反応と電気の関係を扱う分野であり、工業化学の発展に大きく貢献してきた。1800年、アレッサンドロ・ボルタによって世界初の電池ボルタ電堆が発明され、連続的に電流を取り出すことが可能となった。これは後の電気分解技術の発展に直結する重要な発明である。この電池を使い、1807年にハンフリー・デービーは、苛性ソーダ水溶液の電気分解により、ナトリウムとカリウムを初めて単離することに成功した。デービーの実験助手だったマイケル・ファラデーは、その後、電気分解に関する法則を体系化し、電気化学の基礎を築いた。 NaOHは、主に食塩水を電気分解して製造される。この方法は塩水電解法と呼ばれ、陰極で水素、陽極で塩素が発生し、残った水酸化ナトリウムが溶液中に残る。現代では、イオン交換膜法が主流で、効率的かつ環境負荷が低い。一方、類似技術である電気透析は、イオン交換膜を用いて電気的に溶液中のイオンを分離・濃縮する方法であり、水の脱塩や排水処理に用いられている。これは化学反応ではなく物理的な分離法であり、ナトリウムやカリウムの濃縮・除去にも活用可能である。このように、ボルタから始まる電気化学の技術は、元素の発見や工業製品の大量生産を可能にし、現代社会の基盤を支えている。
A.
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第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
