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。
A.炭酸ソーダの生成(ソルベー法) 塔の形状をした反応装置内で、アンモニアNH3を吸収した食塩水NaClを塔の上から連続的に流し、下から炭酸ガスCO2を吹き込むと、塩化アンモニウムNH4Clと炭酸水素ナトリウムNaHCO3が生成される。この炭酸水素ナトリウムNaHCO3から、加熱分解することで、炭酸ソーダNa2CO3が得られる。 ソルベー法が発見された19世紀後半はアンモニアNH3が容易に手に入った。加えて、安価で工程が簡単、品質が優れているため普及した。
A.18世紀後半に化学工業は産業革命によって酸(硫酸)とアルカリ(炭酸ソーダ)の供給が始まった。硫酸の製法は1746年にジョン・ローバックによって基礎技術が確立され、18世紀後半に鉛室法として完成した。炭酸ソーダは1789年にルブランが食塩、硫酸、石灰石から炭酸ナトリウムを得るルブラン法を発明し、1791年に工業化した。
A.硫酸は古来より、錬金術などで手に入れようとするほど貴重なものであった。硫酸は繊維や他の物質の漂白に用いられたためである。しかし時代が進み、ガラスや鉛を容器とした反応や、反応塔を用いた硫酸生成法が確立され、産業革命の発展に寄与した。
A.酸アルカリ工業はイギリス、フランスを中心に18世紀に成立した。鉛室法により硫酸の製法が、ルブラン法・ソルベー法によって炭酸ソーダの製法が確立された。鉛室法は設問1に記載した。ルブラン法は食塩と硫酸を窯の中で加熱し、硫酸ナトリウムを生成した後に、コークスと石灰石を加え、反射炉を加熱して黒灰という塊を生成する。黒灰を水に浸して、炭酸ソーダだけが抽出されたソーダを結晶として取り出す。ソルベー法は原料の食塩と炭酸カルシウムを投入するだけで、製品の炭酸ソーダを得ることができる。ルブラン法に比べ効率的な方法といえる。
A.基礎原料 酸、アルカリ工業の発達によって、ありきたりな塩化ナトリウムなどから工業を行うのに必須な基礎となる原料物質を分解して取り出すことができるようになった。
A.アンモニアは、鉄触媒存在下で窒素と水素を直接反応させて製造する。これをハーバー・ボッシュ法といい、これまで困難であった空気中の窒素を固定する画期的な技術である。しかし、高温高圧のエネルギーを大量に消費することが欠点である。
A.空中窒素固定法 空中窒素固定法を行うには1000気圧もの高圧が必要であり、その気圧に耐えうる容器としてステンレス鋼が挙げられる。この圧力容器はオートクレーブとしても用いられる。
A.実験用ボンベなどのボンベが破損すると、ガスが漏れたり、爆圧するなどの事故につながる。 そのためステンレスなどの頑丈な容器でボンベを作る必要がある。
A.産業革命以降の19世紀のヨーロッパでは人口が急増し、食料生産に必要な肥料が不足していたが、ハーバーボッシュ法で空気中の窒素からアンモニアを合成することによって食糧不足から人々を救った。
A.アンモニアの製造方法の一つとしてのハーバーボッシュ法は、窒素と水素を鉄触媒を用いて高温・高圧の環境下で反応させることによって生成できる。 ハーバーボッシュ法はドイツで1906年に開発されており、現在でも多くの工場で製造が行われている。
A.灰汁 食べるためのアルカリ。植物の灰を溶かしたもの。主成分は炭酸カリウム。植物に含まれるシュウ酸をアルカリで中和した。 灰汁はキャラコを洗うためにも使われた。昔はキャラコを灰汁で洗浄した後、キャラコを酸敗ミルクで中和した。今では、灰汁と酸敗ミルクがそれぞれパワージェルボール等の洗剤、柔軟仕上げ剤になっている。
A.窒素、リン、カリウムなどの肥料はイオンの形で水に溶解させなければならない。これは、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が、天然肥料だけでなく、科学技術でなんとかしようと考えて工夫した。それが空中窒素固定法(ハーバーボッシュ法)である。これによりアンモニアを合成する。 窒素肥料の大部分はアンモニアが原料である。アンモニアは大気中の窒素と水素を1000気圧、触媒化600℃で接触反応させて作る。窒素は無尽蔵だが、水素を作るためにはエネルギーが必要であり、今は天然ガスが主な原料として使われている。
A. 酸・アルカリ工業は素材工業で、ほかの工業への基礎薬品として多量に消費され、産業における基幹部門として重要な地位を占めている。 酸では、硫酸、硝酸、リン酸、塩酸などが含まれ、アルカリでは、カセイソーダ、ソーダ灰、アンモニアなどが含まれる。
A.濃硫酸の工業的製法である接触法について説明する。 硫黄を酸化させて二酸化硫黄にする。 二酸化硫黄を酸化バナジウムを触媒として酸化させて三酸化硫黄とする。 この三酸化硫黄を濃硫酸に溶かし発煙硫酸とし、そこに希硫酸を加えて濃硫酸とするものである。 ここにおいて最初の段階での硫黄の酸化だが黄鉄鉱などの鉱石を金属に製錬する際に出てくる二酸化硫黄を用いる場合もある。
A.ソルベー法はガラスの原料である炭酸ナトリウムの興行的製法である。1861年にベルギーのエルネスト・ソルベーが考案したことからこの名前が付けられた。原料としてアンモニアを用いることから、アンモニアソーダ法とも呼ばれる。 電気分解の必要がなく、副材料のアンモニアと二酸化炭素を回収し再利用できることから低コストで生産できる方法として1867年から実用化された。 1938年にアメリカでトロなの大規模な天然鉱床が発見され、炭酸ナトリウムを安価に得ることができるようになった現在では、ソルベー法は衰退してしまっている。
A. 酸(硫酸)とアルカリ(炭酸ソーダ)の生成の歴史について説明する。 硫酸H?SO?の生成法は、1746年に英国の化学技術者ジョン・ローバックによって基礎技術が確立され、18世紀後半に「鉛室法」として完成した。銅の精錬副産物や、黄鉄鉱FeS?など非鉄金属の焙焼で得られる二酸化硫黄SO?を、鉛板で内張りした室内(装置内)で二酸化窒素NO?を触媒として酸化し、水に溶解して硫酸H?SO?を得る方法であった。 炭酸ソーダの生成法には、ルブラン法とソルベー法の二種類がある。ルブラン法は、フランスの化学者ルブランが1789年に、食塩NaCl、硫酸H?SO?、石灰石CaCO?から炭酸ナトリウムNa?CO?を得る生成法を発明した。また、ソルベー法は、ベルギーの化学者で実業家であるソルベーが1863年に、アンモニアNH?を吸収した食塩水NaClを塔の上から連続的に流し、下から炭酸ガスCO?を吹き込み、塩化アンモニウムNH?Clと炭酸水素ナトリウムNaHCO?を生成して、この炭酸水素ナトリウムNaHCO?を加熱分解することで、炭酸ソーダNa?CO?を得るという生成法を発明した。
A.酸・アルカリ工業の中でも酸工業について説明したいと思います。酸工業のなかでも硫酸工業に目をつけていきたいと考えていた。硫酸工業は以前、硫酸と作るために二酸化硫黄を三酸化硫黄に変化して硝酸で作っていた。しかし、それでは生産性が悪かったり環境に悪影響をもたらすので今はV205を触媒として接触式で生産するようになった。また硫黄は昔から石油精製工程で硫黄が回収されるようになり、硫酸の原料が増えるようになってきた。また、触媒は酸化バナジウムだけではなく助触媒として酸化カリウムや酸化セシウムなどで置換した触媒も開発されるようになってきた。また世界では、熱交換塔の技術改善により新たな交換器を開発した。それにより、プロセスを合理化してコストも削減することができ、国内でも少しずつ使われるようになってきた。また世界で比べてみると、日本やドイツなどは、リン資源でがないので少ない傾向にあるとみられる。逆にヨーロッパなどではリン資源があるので消費が多い傾向にある。
A.シャンプーやリンスなどの洗剤類は酸・アルカリ工業からできた商品である。洗剤にはアニオン界面活性剤やカチオン界面活性剤が使用されている。それらは、泡立ちを良くしたり、汚れを落とすのに役立つ。
A.酸・アルカリ工業の初めは硫酸の生成から始まりました。1746年に英国の化学技術者によって基礎技術が確立され、18世紀後半に「鉛室法」として完成されました。非鉄金属の燃焼で得られる二酸化硫黄を、鉛板で内張りした室内で二酸化窒素を触媒として酸化し、水に溶解して硫酸を得る方法です。鉛室法は英国を中心に欧州で広まりましたが、得られる硫酸濃度が低かったため、現在では「接触法」に置き替わっています。
A.「アンモニアの精製」 1906年、空中窒素固定法としてハーバーボッシュ法が発明された。150~1000気圧の窒素と水素を、触媒存在下400~600℃で接触反応させることによって大量生産が可能となった。現在は触媒に四酸化三鉄などを用いる方法が主流となっている。
A.酸アルカリ工業のハーバーボッシュ法について取り上げる.アルカリであるアンモニアを窒素と水素から生産する方法は農業で革命を起こし,水と石炭と空気からパンを作るといわれたほどである.これはアンモニアが窒素を含む化学肥料の製造を可能にしたためである.これで安定した食料を生産することができるようになった.ハーバーボッシュ法の特徴はかなり危険な高温高圧条件下で反応させることである.400~600℃,200~1000atmという条件でこれを実現する装置が100以上前にあったことがすごいと思った.
A.ソーダ工業というものがある。現在、日本で消費される塩の内、実に7割近くが、ソーダ工業の原料として使用されている。か性ソーダ(NaOH)は、水溶液は強いアルカリ性を示す、代表的な強アルカリ物質である。か性ソーダは、この強アルカリ性という化学的性質を利用して、別の化学合成物質や化学薬品を作り出すのに使われている。か性ソーダそのものが最終製品に直接含まれている例は多くないが、中間原料となる各種の化学薬品や様々な物質の製造に使われたり、様々な産業・生活用の最終製品の製造に使われている。
A.酸:硫酸は強酸で、無色透明の粘稠かつ比重の大きい液体である。用途として、硫安肥料、染料中間体など硫黄を含む製品の原料として使用されたり、工業用に洗浄剤、中和剤、酸触媒として使用される。生産方法として、硫酸は回収硫黄や、硫黄化合物を酸化して得られる二酸化硫黄すなわち亜硫酸ガス(SO?)を五酸化バナジウム(V?O?)を触媒として三酸化硫黄(SO?)へ酸化し、希硫酸などに吸収させる方法で製造される。実際はV?O?(10wt%)-K?SO?-SiO?を触媒として反応温度450~550℃二重接触式により行われている。 アルカリ:アンモニアは無色で空気よりも軽く刺激臭をもつ気体である。用途として、窒素肥料用、硝酸製造用、樹脂・繊維などの化成品向けの原料用である。生産方法として、ハーバー・ボッシュ法で150~1000気圧の窒素と水素を、触媒存在下400~600℃で接触反応させる。触媒はFe3O4・Al2O3・K2O・CaO系触媒が主流となって使用されている。
A.酸アルカリ工業の、過去の炭酸ソーダの生成法の一つであるルブラン法について説明する。 ルブラン法が発見される以前は炭酸ソーダは海藻岩に頼っており生産量に限りがあったものの、食塩Nと硫酸を窯の中で加熱し、硫酸ナトリウムを生成し、次にこの硫酸ナトリウムにコークスと石灰石を加え、反射炉で加熱して、黒灰という固形の塊を生成した後、炭酸ソーダを水に溶かしてその後結晶として得るルブラン法が確立しこれにより炭酸ソーダを安定して得られるようになった。
A.肥料として重要な窒素、リン、カリウム。しかし、これら(特に窒素)は、水に溶かすことが困難である。それを可能にしたのが、加圧だった。アンモニアの生成で使われ、今や加圧することは当たり前になってきたが、最初に発見したハーバーとボッシュはすごい人であることが分かった。
A.酸・アルカリ系の薬品を大量製造する技術が確立したことによって、急速発展を遂げることができた。
A.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かたちで根毛から吸収します。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なければなりません。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ならないか工夫するようになった。
A.アルカリ工業の一つとしてアンモニアソーダ法がある。アンモニアは窒素肥料の原料として重宝されており、日本の食生活を支えております。空気から作ることが可能なため資源が乏しい日本でも生成することが可能なところが利点だと考える。この方法が無ければ、日本の食生活は今と大きく変わっていたと思うので、日本の食生活を支える重要なアルカリ工業だと考える。
A.酸・アルカリ工業の一つにソーダ工業というものがある。 これは、無機化学工業の一分野であり、電解ソーダ工業とソーダ灰工業の総称である。塩化ナトリウムの分解により、水酸化ナトリウム、塩素、炭酸ナトリウムなどの基礎科学原料を製造する工業である。 炭酸ナトリウムをソルベー法、水酸化ナトリウムと塩素は電解法により製造される。電解法はさらに隔膜法、水銀法、イオン交換法うに分類できる。水銀法は、純度が高い水酸化ナトリウムが得られるが、水銀の毒性があることから、日本では行われなくなった。
A.クロール・アルカリ事業 フッ素系イオン交換膜「フレミオン」を使用したイオン交換膜法で、苛性ソーダ・塩素を製造に使われている。イオン交換膜法は、従来の水銀法やアスベストを使用する隔膜法と比べ、有害物質を使用しないだけでなく、消費エネルギーを抑えた、世界トップレベルのクリーンで環境に優しい電解プロセスである。
A.産業革命以降、世界的に人口が増加し続けたことから食糧(農産物)の生産が課題となっていた。そこで効率的な窒素肥料の合成を行おうとした。ハーバーボッシュ方が発明されてから、電力をあまり使わずに、空気中の窒素N2と水素H2からアンモニアNH3を直接合成できるようになった。
A.酸・アルカリ工業として、空中窒素固定法であるハーバーボッシュ法があり、これは150~1000気圧の窒素と水素を、触媒存在下400℃~600℃で接触反応させ、アンモニアの大量生産ができるようになった。
A.食べるためのアルカリとしてph調整剤が挙げられる。 灰汁という植物の灰を水に溶かしたもの、植物に含まれるシュウ酸などの有害なものがアルカリで中和された。 そうすることで、えぐみや雑味がとれる。 今では重曹などがph調整剤として食品主に使われている。
A.酸・アルカリ工業の一つにシャンプ―やコンディショナーなどがある。まず、シャンプーはアニオン性界面活性剤を含むものが多い。理由としては水に溶けやすく、泡立ちも良い。また、髪に付着しているプラスに帯電した汚れにくっつくのでシャワーなど水で流すと落ちやすい。次に、コンディショナーはカチオン性界面活性剤を含むものが多い。理由としては濡れた髪はマイナスに帯電しているのでカチオン性界面活性剤は髪に吸着しやすい。なので、静電気の防止や、指通りの改善などがある。
A.近年における代表的な酸・アルカリ工業である石油化学工業が発展したのは、1920年にアメリカのスタンダード・オイル社がプロピレンからイソプロパノールを合成したことから始まったと考えられている。石油化学工業とは、石油または天然ガス等を使用して、合成繊維や合成樹脂等を作る工業のことである。しかし、石油や天然ガス等は化石燃料であり有限であるため、石油代替燃料の開発が進められている。
A.石鹸は油脂に水酸化ナトリウムを反応させてできるものであり、具体的にはステアリン酸、オレイン酸などのナトリウム塩が挙げられる。また高級脂肪酸は酢酸、クエン酸などと同じようにカルボン酸などの弱酸のグループに属する。したがって水酸化ナトリウムなどの強塩基からなる石鹸はアルカリ性を示す。一方衣料用合成洗剤の代表的な成分に直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ソーダ(LAS)という中性の物質がある。石鹸やLASのように水に溶けたときにマイナスイオンを持つものをアニオン性界面活性剤といい、一方柔軟剤やリンス剤に含まれる油脂などを原料とした高級脂肪酸4級アンモニウム塩などの水中でプラスイオンを示すものをカチオン性界面活性剤という。このほかにも水に溶けても電荷を持たず非共有電子対をたくさん持ったノニオン性界面活性剤などがあげられ、これはノニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤を混合することで作られる。このように酸・アルカリは界面活性剤の分野で幅広く利用されており、工業的に必要不可欠な物質である。
A.アンモニア合成 それまでは混ぜる振るといった操作であった化学反応に加圧という作業が加わったアンモニア合成(ハーバー・ボッシュ法、空気窒素固定法)が生まれた。それに伴う高い圧力に耐えることができる容器の誕生が化学工業の発展に必要なものであった。
A.アルカリ工業の一例として、アンモニア工業を挙げる。 アンモニアはハーバーボッシュ法が確立された当初、水素と窒素を触媒存在下で400~600℃で接触反応させる必要があったが、この高温の実現には高圧条件が必要であった。pv=nRTからも分かる通り、体積を変えずに圧力を上昇させれば温度が上がる。この装置には高圧にも耐えうる強靭な材料が必要であり、それが鉄であった。鉄の登場によりアンモニアの製造が発展し、アンモニアは窒素肥料として農業の発展にも貢献した。
A.近年のアルカリ工業の進歩としてアンモニアソーダ法というものがある。これは、炭酸ナトリウムの工業的製法であり、低コストで生産することができる方法である。副材料のアンモニアと二酸化炭素を回収し再利用できるといった特徴もある。日本はアルカリ原料である食塩が欠乏しているがアンモニアソーダ法の実施により世界に遅れをとらないようになった。アンモニアソーダ法により日本のアルカリ工業が確立したため、窓ガラスの製造や人造絹糸の製造が世界の上位になったのである。
A.農業に必要な肥料で化成肥料がある。化成肥料に含まれる窒素は空気中の80%を占めているにもかかわらず取り出すのが難しかった。ハーバーボッシュ法(空中窒素固定法)によって化学肥料を得たことで将来的な食料危機を免れた。 またそのまま食べると渋い食材の灰汁抜きに使われている灰汁の主成分は炭酸カリウムである。これは植物などに含まれるシュウ酸などの有害な物質をアルカリで中和する。
A.酸・アルカリ工業のアルカリを用いた製品について注目した。アルカリを用いた代表的な製品として洗剤がある。洗剤は私たちの生活において必要不可欠な日用品である。化学の技術を利用して生活をより便利にしている。
A.工業において金属がさびるということはつきものである。しかし、機械がさびてしまえば動かなくなってしまったり、不備が起きてしまうため、極力避けたいものである。錆の原因はいくつかあり、汚れや水が付着していること・塩分が付着していること・金属と酸やアルカリなどの薬品がくっついた状態で放置されていることが代表的なものとして挙げられる。
A.文明は衣服からはじまる。 アルカリは衣服の洗浄に使われている。 キャラコを洗浄した灰汁が パワージェルボールに変わった。アルカリ性洗剤によって油脂、タンパク質、炭水化物などの衣類の汚れをとることができる。タンパク質の汚れも落としてしまうため皮膚に直接触れないよう注意が必要である。
A.酸・アルカリ工業は共に素材産業であり、あらゆる工業への基礎薬品として大量に消費されて産業における基幹部門として重要なる地位を占めている。酸の対象としては硫酸、硝酸、リン酸、塩酸などがあり、アルカリの対象としてはカセイソーダ、ソーダ灰、アンモニアなどがある。 トピックとして電解ソーダ製品について挙げ以下に述べた。 平成2年に電解ソーダ製品の生産会社は31、工場数45となっており、平均稼働率は97.6%であった。 これに達するまでについて、昭和48年頃の状態では製法が水銀法であったが、水俣病に端を発する環境問題より、非水銀法への製法転換がされた。さらに、昭和58年以降アスベルト隔膜法からイオン交換膜法へ再転換され、イオン交換膜法やアスベルト隔膜法が用いられるようになった。 また、電気透析という方法が存在し、電気で浸透圧を変え、透析膜を利用してイオンを通して液体を流さないものである。この透析膜は現在、コロナウイルスの患者をサポートする人工心肺や腎不全の治療にも使われているため、今の世の中において重要である。 「参考文献」 https://www.jstage.jst.go.jp/article/kakyoshi/40/10/40_KJ00003462851/_article/-char/ja/ 酸・アルカリ工業の最近の動向 上田忠雄 流通経済大学教授(社会学部)工学博士
A.ソーダ工業 ヨーロッパで羊毛の染色や洗浄用せっけんの製造に天然ソーダや木炭を加えていたが、18世紀にはいるとソーダ需要が増加し食塩からソーダ灰を作るルブラン法が実用化した
A.pH調節剤として、食に関わっている。最初は、どんぐりのアク抜きとしてアルカリ(炭酸カリウム)が使用されていた。
A.アルカリ工業についてのトピックとしてハーバー・ボッシュ法を取り上げる。これにより窒素含有の化学肥料が誕生し、その肥料を用いることで生産性が格段に向上した。また、窒素含有の肥料は単位面積当たりの農作物の収穫量にも大きな影響を与え、それまで人口増加に農作物の量が追い付いていなかったが、急激な人口増加による人類の貧困化、飢餓に耐えうる生産性の確保に一役買った。しかし、それと同時にこの方法は硝酸などの劇薬の生産や火薬原料の生産に使われるなどして、人間の生活に害を与えるものにも使われた。また、この方法で地球上に多量の窒素化合物を生成することになり、生態系や地球環境に大きな影響を及ぼしている。
A.硫酸H2SO4の製法について 1746年に英国の化学技術者ジョン・ローバックによって基礎技術が確立され、18世紀後半に「鉛室法」として完成した。 製法は、銅の精錬副産物や、黄鉄鉱FeS2など非鉄金属の焙焼で得られる二酸化硫黄SO2を、鉛板で内張りした室内で二酸化窒素NO2を触媒として酸化し、水に溶解して硫酸H2SO4を得る。鉛室法は19世紀、英国を中心に欧州で広まったが、得られる硫酸濃度が低かったため、現在では五酸化バナジウムV2O5を触媒とする「接触法」に置き替わっている。ルブラン法、ソルベー法などがある。
A.ソーダ工業をトピックとする。 戦国時代末期、日本にガラスや石鹸が伝来し、江戸時代には国内で小規模な製造が行われた。本格的なソーダ工業が始まったのは明治時代に入ってからである。ソーダ工業は、塩を原料に、幅広い産業分野の原料・副原料、反応剤などに使われる化学薬品を製造する工業で、基礎素材産業の一つである。
A.同じく肥料関連だが、リン酸も肥料目的で生産されている。植物の生育に必要な窒素、リン、カリウムは今や人間の手によって直接植物に送り届けられている。リン鉱石を掘り出し、加工して畑に撒くとなると、なんだか違和感を覚えるが、現代農業は畑のみでは完結しない。
A.酸アルカリ工業については重要な立ち位置を締め、講義資料中にもあった界面活性剤について述べる。界面活性剤は親水基を疎水基を持ち2つの性質を併せ持っている。界面活性剤にはいくつかの種類があり、水に溶けた際電離しない非イオン性界面活性剤、水に溶けたときに電離するイオン性界面活性剤がある。さらにこのイオン性界面活性剤は細かく分類することができ、水に溶けた際のイオンの種類によってアニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤に分けられる。アニオン界面活性剤は水に溶けたときにマイナスイオンに電離する界面活性剤であり、合成洗剤やシャンプーに使われている。代表的なものとしてはカルボン酸塩や硫酸エステルなどが挙げられる。 カチオン界面活性剤は水に溶けたときにプラスに電離する界面活性剤で柔軟性殺菌性などを付与することができる。ゆえに柔軟剤やヘアリンス基剤に使われることが多い。 両性界面活性剤はアルカリ性領域ではアニオン界面活性剤、酸性領域ではカチオン界面活性剤の特徴を持つ。ゆえに他の活性剤と組み合わせて用いられることもありシャンプーや台所洗剤などにも含まれている。 非イオン界面活性剤は他のすべての界面活性剤との併用が可能である。最近ではその使いやすさが注目されて使用量が伸びてきている。主に衣料用洗剤や、分散剤、金属加工油に含まれる界面活性剤でポリオキシエチレンアルキルエーテルなどがその例として挙げられる。
A.酸アルカリ工業の歴史は大きく4つに分けられる。 ?イギリス、フランスを中心として酸・アルカリ工業が成立した時期、?ドイツを中心に染料の合成から始まった石炭・タール系有機合成化学工業の成立期、?アメリカを中心に石油・天然ガスを原料とする高分子化学工業が発達した時期、?石油化学工業の発達した時期である。
A.1760年代に始まるイギリスの産業革命によって繊維工業が急成長したため,18世紀後半には漂白工程の能率向上と漂白剤の安定入手が求められ、その過程で酸・アルカリ工業は発展を迎えた。塩酸・リン酸などの酸は染色の処理に用いられる。
A.山を爆破し鉄道をひいたダイナマイト ダイナマイトは、ニトログリセリンと呼ばれる物質で出来ている。ニトログリセリンは、イタリア人の化学者、アスカニオ・ソブレロが合成に成功した化合物で、大きな爆発力があることが分かっていたが、どうやって安全に取り扱うことができるかが課題になっていた。 ノーベルは1863年、30歳の時にニトログリセリンを大量かつ安全に製造することに成功、特許を取得した。その後も資金調達に苦労しながらも実験を繰り返し、起爆方法を工夫した「油状爆薬」の開発に至る。 さらに、珪藻土と呼ばれる岩石を混ぜることで安全性を高めたものをダイナマイトとして製品化した。 ダイナマイトは、強力な爆発力と、その安全性からたちまち販売が伸び、世界各地に工場が作られるようになる。 当時は、蒸気機関が発明されて石炭の需要が高まったほか、鉄道や道路などのインフラが急速に整えられた時期で、ダイナマイトを使えば、採掘が容易になったり、工事の大幅な短縮がのぞめたりすることから、世界中から注文が寄せられるようになった。時代の要請という追い風があった。
A.鉄触媒を使って窒素と水素を反応させてアンモニアを製造する方法を発見したハーバーとボッシュであるが、この発見をしたことによって空気中にある大量の窒素ガスから窒素肥料を合成することが可能となった。そのため、農業に必要な肥料を大量生産することができるようになり、人々の生活も豊かになっていった。
A.「元素と工業生産の関係」 20世紀ごろ、食糧難の危機になって、従来の肥料の代わりにでてきたのが化学肥料である。この化学肥料に含まれる成分の例としてリン、カリなどがあり、リンは果肥、カリは根肥といわれている。中でも代表的なのが葉肥といわれる窒素で特に葉っぱを茂らせるために用いられる。しかし、空気には80%もの窒素が含まれているが、そのままでは肥料にすることはできない。これを可能にしたのがハーバーとボッシュが見つけ出した空中窒素固定法である。これを成功させるには触媒、高温、そして1000気圧もの高温である。この1000気圧を生み出す方法はオートクレーブを用いて高温、高圧の蒸気で殺菌するというものである。オートクレーブなどの圧力容器はたいていステンレス鋼で作られている。このように空中窒素固定法と更迭生産は繋がっている。
A.空中窒素固定法は空中の反応しにくい窒素を高温・高圧などの条件で他の化合物を反応させる方法である。窒素固定法で有名であるハーバー・ボッシュ法は空気中の窒素と水素からアンモニアを合成する方法であり、化学肥料を生成して農作物の収穫量を増加させるのに大いに役立った。しかし、この方法は肥料の合成だけでなく火薬の合成にも利用されていた。
A.塩水を電気分解して、苛性ソーダと塩素と水素を作る方法で、原料は塩水と純水。「イオン交換膜法」「隔膜法」「水銀法」の3種類がありますが、日本では1999年10月現在、すべてイオン交換膜法に転換ずみです。 電解法は、まず不純物を極限まで取りのぞいた飽和食塩水を、ある種のイオンだけが通りぬけることができるイオン交換膜というシートで2つに区切った電解槽の片方に入れる。もう片方の電解槽には純水を入れます。そして食塩水には陽極(プラス)の電極を、純水のほうには負極(マイナス)の電極を差し込んで直流の電気を流すと、プラスの側には塩素ガス、マイナスの側には苛性ソーダ水溶液と水素ガスが生成される。これによって「塩素ガス」「液体塩素」「液状苛性ソーダ」「水素ガス」の4つの製品が得られるのです。ちなみに苛性ソーダの国内生産は、すべてこの電解法で行われている。
A.19世紀の産業革命で、人口が急激に増加した。それに伴い、食料も不足した。しかし、農業の肥料である窒素の大量生産をハーバーとボッシュが確立させ、世界に震撼を起こした。現在でも、この方法は使われており、農家の肥料が充実しているため、我々は食料に困らなくなっている。
A.リン酸を製造する方法に半水二水石こう法という製法がある。リン酸溶液中のリン酸濃度温度によって、硫酸カルシウムは二水塩、半水塩、無水塩、リン酸カルシウム水和物など様々な副塩を形成する。比較的高温、高濃度のリン酸中では半水塩、低温で二水塩が形成される性質を利用し半水石こうを生成後冷却し、ろ過しやすい結晶を得る方法である。工業原料となりうるリン酸鉱石は広く分布しアメリカ、アルゼンチンエジプト、モロッコなどに遍在する。
A.炭酸ソーダの製造である。設問1で述べたとおり、硫酸が製造されるようになってから発展した工業である。フランスの化学者ルブラン(Nicolas Leblanc)は1789年に、食塩NaCl、硫酸H2SO4、石灰石CaCO3から炭酸ナトリウムNa2CO3を得る「ルブラン法」を発明し、1791年には工場を建て操業を始めた。しかしルブラン法は環境に問題を生じてしまった。そこで、1887年に廃黒灰を硫黄Sとして回収し、硫酸H2SO4に変換してリサイクル使用する技術が完成した。
A.高温・高圧にする技術を駆使して、鉄触媒を使い窒素と水素を直接反応させてアンモニアをつくる。
A.酸・アルカリ工業とは、塩酸や硫酸などの酸や苛性ソーダやアンモニアなどのアルカリを製造する工業のことである。 アンモニアは、鉄触媒を用いて窒素と水素を反応させるハーバーボッシュ法で製造できる。この反応は高温高熱を必要とする。この方法の確立により窒素を肥料として使用することが出来るようになり、化学工業だけでは無く農業の世界にも影響を与えた。 現在の酸・アルカリ工業が減少傾向であり、最盛期に比べ生産量は減っている。
A.工業的に生産されている酸として硝酸がある。硝酸はハーバーボッシュ法の確立により空気から硝酸を作ることができるようになり、肥料の生産量を増やし、結果として農作物の生産量増産につながった。ハーバーボッシュ法確立以前は鳥の糞に含まれる硝石から硝酸を得ていたため原料費が高くついたため製造法として取って代わられることとなった。また、硝酸はニトロ化反応に用いられ火薬を作ることができ、中央同盟と協商国間の緊張の高まりという特需により急速に広まった。
A.ハーバー・ボッシュ法 単離された水素と大気中の窒素を反応させて、アンモニアを合成できるようにし、水と石炭からパンを作る方法などと呼ばれるほど、肥料における革命を起こした。それと共に、火薬の原料ともなる硝酸の大量生産を可能にしたため、戦争が長引く要因ともなった。
A. ベルギーの化学者で実業家であるソルベーは1863年、炭酸ソーダNa2CO3の新しい製造法「ソルベー法」の工業化に成功した。「アンモニア・ソーダ法」とも呼ばれるこの製法は、塔の形状をした反応装置を用いて行う。 アンモニアNH3を吸収した食塩水NaClを塔の上から連続的に流し、下から炭酸ガスCO2を吹き込むと、塩化アンモニウムNH4Clと炭酸水素ナトリウムNaHCO3が生成される。この炭酸水素ナトリウムNaHCO3から、加熱分解することで、炭酸ソーダNa2CO3が得られる仕組みである。 ソルベー法が発見された19世紀後半は鉄鋼業が隆盛を極め、製鉄に使うコークスCを生成する際に副生されるアンモニアNH3が容易に手に入ったことが、ソルベー法の普及を後押しした。 ソルベー法は、ルブラン法に比べ反応温度が低いためエネルギー消費が少なく、生産コストを安価に抑えられる。また工程が簡単なだけではなく、品質も優れていたため、19世紀後半に英国を中心に広がった。1902年には、全世界のソーダ生産量176万トンのうち、大半の162万トンがソルベー法で供給されたといわれている。
A.酸・アルカリ工業の一つとしてソーダ工業があげられる。ソーダ工業とは、塩化ナトリウムを分解することによって水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、塩素、水素などの基礎化学原料を製造することである。1783年にニコラ・ルブランによってルブラン法が発明され、大量の電力を得られるようになった。その後には、1899年にはエルネスト・ソルベーがソルベー法を開発した。そして、ソルベー・シンジケートを創設し、今では全世界の90%のソーダが製造されている。
A.ハーバーボッシュ: 窒素に水素を加え圧力と高温によってアンモニアを生成する方法であり、この方法によって窒素を供給する化学肥料の生成が可能にり、農作物(小麦)の収穫量が飛躍的に増加した、このことからハーバーボッシュ法は「水と炭素と空気からパンを作る」と言われ化学に大きな進歩を持たれした実験の一つとされている。 先に課題に取り組んでおり出席を押し忘れた。
A.石油化学工業や天然ガス工業の発展によって酸・アルカリ工業は発達してきた。酸・アルカリの性質を利用した、石鹸や洗剤などが工業製品として生成され人々の生活に利用されてきた。
A.料理をしているとき、アクが出てくることがある。料理をする時に出てくるアクは旨味成分の総称であり、有機物のものと無機物のものがある。アクは旨味の成分でもあるが、苦味やえぐ味の原因となる。 私は課外学習で、ウドの調理を行った。ウドは酢水にさらすことによりアク抜きした。 ワラビやゼンマイなどは灰汁を用いてアク抜きをするという。灰汁とは、植物の灰を水に溶かしたもので、その主成分は炭酸カリウムである。炭酸カリウムが主な成分であるということから、アルカリ性であり植物の繊維を軟化させる性質をもつことを利用し、アクが溶け出すことを容易にしている。今日では灰汁が用いられなくなった代わりに重曹(炭酸水素ナトリウム)が使用されることが多い。また、灰汁を使って食品自体がもつ強くてクセのある味を処理したことから、そのような嫌な味やクセそのものも「アク」と呼ぶようになったという。 日頃何気なく行っている料理も、化学の力が使われており、それによって美味しいと感じることができている。
A.・硫酸 硫酸は工業的に重要な酸の一つであり、日本では年間約700万トンが生産されている。主な用途は、硫安肥料、染料中間体など硫黄を含む製品の原料として使用されるほか、工業用に洗浄剤、中和剤、酸触媒として使用されている。 硫酸は、回収硫黄や、硫黄化合物を酸化して得られる二酸化硫黄すなわち亜硫酸ガスを、五酸化バナジウムを触媒として酸硫化硫黄へ酸化し、希硫酸などに吸収させる方法で製造される。現在、日本の硫酸はこの接触法によってのみ製造されている。 硫酸は、吸収させるH2SO4溶液の濃度により、薄硫酸、濃硫酸、発煙硫酸など、日本工業規格品として販売される。 ・アンモニア 年間生産量は約160万トンで、主な用途は窒素肥料用、硝酸製造用、樹脂・繊維などの化成品向けの原料用である。 当初のアンモニアの工業的な製造は、カルシウムカーバイドを1000℃に加熱しながら、空気中の窒素と反応させて得た石灰窒素を加熱水蒸気で加水分解することで行われた。 空気中窒素固定法として知られているハーバー・ボッシュ法が20世紀初頭に確立された。これは、150~1000気圧の窒素と水素を、触媒存在下400~600℃で接触反応させるもので、これによりアンモニアの大量生産が可能になった。 その後、触媒の改良が進み、より高活性なルテニウム系触媒が開発された。この触媒活性は鉄系触媒と比べ20倍も高く、130気圧、140℃のより温和な反応条件下でも、アンモニア収率は40%にも達する。 アンモニア生産においては、原料となる水素をいかに安価に製造するかが重要となる。現在、最も低コストの水素の製造法として、ナフサや天然ガスの水蒸気改質法、または石灰、重質油などの部分酸化法がある。
A.化学工業の始まりの織機が開発されたことで、大量に布や織物ができるようになった。しかし、この布や織物を漂白する必要が出てきた。当時はアルカリ性の灰汁にたして干し、酸敗ミルクにひたして中和することで漂白した。しかし、この方法では数ヶ月の時間を有し、手間もかかる。この酸処理を希硫酸で処理することが提案され、そこから硫酸の需要が一気に上がった。
A.酸・アルカリ工業は化学工業の基盤と言える。 酸・アルカリ工業は硫酸と炭酸ソーダの生産から始まった。 硫酸の精製として、まず鉛室法が誕生した。SO2を、鉛板で内張りした装置内でNO2を触媒として酸化し、水に溶解して硫酸を得る。 鉛室法は硫酸濃度が低いという問題があり、現在では五酸化バナジウムを触媒とした接触法が用いられている。 炭酸ソーダは石鹸やガラスの原料として需要が高まり、ルブラン法が誕生した。 NaCl、H2SO4、石灰石CaCO3から炭酸ナトリウムNa2CO3を得る。この方法では腐食性のある塩化水素ガスを生成してしまい、公害問題となった。 そしてソルベー法が発明された。 原料の食塩NaClと炭酸カルシウムCaCO3を投入するだけで、安価に炭酸ナトリウムを得ることができ、副生成物は無害な塩化カルシウムのみである効率の良い生成法である。
A. 酸・アルカリ工業の中のケイ酸ナトリウムの用途について説明する。 ケイ酸ナトリウムは、SiO2をNa2CO3もしくはNaOHと融解させることで生成する。Na2SiO3 が一般的組成であるが、NaとSiの割合が異なるものも存在する。 ケイ酸ナトリウムは水に可溶であり、濃厚なものは水ガラスとも呼ばれる。主な用途として、軟弱地盤の強化や止水、乾燥剤のシリカゲルまたは合成洗剤のビルダーなどが挙げられる。また、Na2SiO3、NaAlO2、NaOH、水などから合成されるゼオライトは分子ふるいの性質を示すため、 吸着剤、触媒担体、吸湿剤、土壌改良剤、製紙用充填剤などに使われる。
A.酸・アルカリ工業の始まりは、イギリス、フランスを中心として成立した18世紀後半である。1760年にイギリスで産業革命が起こり繊維工業が急成長したため、18世紀後半には繊維の漂白工程の能率向上と漂白剤の安定入手が求められた。そこから酸・アルカリ工業は、ドイツを中心に染料の合成から始まった石炭・タール系有機合成化学工業の成立期(19世紀)、アメリカを中心に石油・天然ガスを原料とする高分子化学工業の発達期(20世紀前半)、石油化学工業の発達期(20世紀後半)と発展を遂げていった。
A.火縄銃について以下に記す。 江戸時代の初め、白布温泉では直江兼続が火縄銃を製造した。上杉景勝の執政として米沢城下の整備を指揮した兼続は軍備にも力を注いだ。兼続の作った銃は総数1000丁で、球の重さは10匁、15匁、20匁、30匁(1匁=3.75g)のものがつくられた。この功績と銃の鍛錬の成績は徳川秀忠に認められ、褒章を受けたとされている。
A.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℃で接触反応させた。
A.アンモニアを生産する方法に、ハーバー・ボッシュ法がある。鉄アルミナ系の触媒上で高温高圧条件下で合成する方法である。高圧に耐え得る容器である鋼鉄の製作が困難であった。高温高圧設備の設計技術や製造技術が20世紀後半の石油化学工業の基礎になた。
A.灰汁について 農業革命の前に食べていたものとしてドングリのみなどがある。しかし、これらはそのままでは渋くて食べられなかった。灰汁とは植物の灰を水で溶かしたものであり、主成分は炭酸カリウムである。よって、これらの成分をアルカリによって中和し、食べられるようにした。
A.産業革命が起き、人口が爆発的に増加すると、人は食料不足に悩まされるようになった。食料生産には肥料が必要不可欠であるが、肥料になる空気中の窒素を固定する方法は長らく存在しなかった。しかし、ハーバーとボッシュによって空気中の窒素からアンモニアを合成する方法が開発され、人は空気中の窒素から肥料を作ることができるようになった。
A.トピック:無機薬品 酸・アルカリは無機薬品であり、工業的生産は18世紀に欧州で始まったとされている。種類としては、酸だと硫酸、硝酸、塩酸などがあり、アルカリだとカセイソーダ、アンモニアなどがある。
A.産業革命によって織物工業が発展すると、漂白工程の能率向上と漂白剤の安定入手が求められ、発達してきた分野であり、分岐する形で有機合成工業、石油化学工業などが発達した。
A.酸・アルカリ工業とは18世紀産業革命によって、酸とアルカリの需要が高まり、炭酸ナトリウムのルブラン法による生成やソルベー法が普及した
A.酸・アルカリ工業の歴史として、1906年にハーバーとボッシュによってハーバー・ボッシュ法が開発された。これは空中窒素固定法によって空中の窒素を高温・高圧の条件の下、アンモニアを作り出す方法である。高温・高圧に耐えられるようにステンレス鋼を素材として用いた反応釜で作られる。
A.農業にとって欠かせない肥料について説明すると肥料は主に窒素、リン、カリウムから出来ている。しかし窒素は水に溶けやすく非常に扱いにくい物質であったためにアンモニアから得ることにした。そこで使われるハーバーボッシュ法によってアンモニアを生成して窒素を得る方法を作り出した歴史がある。
A.イオン交換膜法ソーダ電解は塩化ナトリウムから水酸化ナトリウムを製造する方法である。 イオン交換膜を挟んでアノード側に塩化ナトリウム水溶液を、カソード側に純水を入れて電流を流すことで水酸化ナトリウムを得る方法である。
A.鉄鋼を用いた窯により高温・高圧で物質を反応することが出来るようになった。これにより、窒素と水素からアンモニアの生成が可能となり、肥料の量産化が出来るようになった。
A.酸やアルカリは最も基本的な無機薬品であり工業的生産は18世紀に欧州で開始された。1890年に実用された電解ソーダ法では、カセイソーダのほかに水素と塩素が得れることで直接塩酸を製造されるようになった。反応は燃焼用バーナーを用いて行われる。塩素ガスと水素ガスを燃焼させてHClガスを水により冷却し、吸収水により35%塩酸を生成する。爆鳴気による爆発を防ぐために、原料ガスには水素を数vol%過剰に含むものを用いる。
A.製鉄技術の変革の途中で産出した、高温高圧条件を生み出す技術により、ハーバーボッシュ法が編み出された。ハーバーボッシュ法は、空気中の窒素と、石炭から精製するメタン、そして水を用いてアンモニアを合成する方法である。高温高圧条件により化学平衡を有利にし、かつ高い反応速度を得ることができるようになり、鉄触媒が開発されたことにより、活性化エネルギーを低減できるようになったため実現可能となった。このようにしてできたアンモニアは当時小麦をはじめとした農作物の化学肥料として使用されたため、水と空気と石炭からパンを生み出すと言われた。
A.産業革命によって人口が増加し、大量の食糧が必要になった。そこで作物を育てるための肥料も大量に必要となった。肥料に必要な窒素を高圧にしてアンモニアの合成に成功した。これが空中窒素固定法である。またこの高温高圧に耐えられる容器を作ったことも化学工業に大きな発展をもたらした。
A. 出席があることを忘れてしまっており、2-4回の出席を押し忘れてしまいました。 酸アルカリ工業において、空気中の大量の窒素を高圧にして、アンモニアとして合成したハーバーとボッシュが有名である。この講義では、試料にあった立花先生と伊藤先生の""1000気圧が生み出す肥料と食料""というトピックが印象的であった。これまでにハーバーバッシュ法について学ぶことはあっても、その高温高圧に耐える容器について考えることはなかった。そのルーツが、産業革命で活躍した蒸気機関にも使われているボイラーであった。 酸アルカリ工業のトピックとして取り上げたハーバーボッシュ法には、その他の工業で生まれた反応窯を用いるという技術間のつながりを感じた。
A.ハーバーボッシュ法について説明する。ハーバーボッシュ法は1906年にフリッツ・ハーバーとカール・ボッシュによって開発されたアンモニアを生産する方法である。鉄を主体とした触媒上で水と窒素を400ー600℃、200ー1000atmの超臨界流体状態で直接反応させるものである。この手法により肥料の基となる窒素の大量生産が可能となり農業が発達した。世界の食糧問題が一部解消され人口爆発に繋がった。
A.ソーダ工業について説明する。塩水を電気分解する苛性ソーダ、塩素や水素を製造する電解ソーダ工業と塩を原料に炭酸ガスとアンモニアガスを反応させてソーダ灰を作るソーダ灰工業がある。電解ソーダ工業では、発生した塩素を次亜塩素酸ソーダやさらし粉として製品化する。 苛性ソーダとは水酸化ナトリウムのことであり、アルミニウムや化学繊維、石鹸などの洗剤の原料として使用され、多様な工業製品の製造に使われている。また金属の溶解や精製などにも使われ、現代工業には不可欠なものになっている。
A.水酸化ナトリウムの製造について 水酸化ナトリウムは日本では主流であるイオン交換膜法でつくられます。 電解槽をフッ素系のポリマー製のイオン交換膜で仕切り、陽極側に塩化ナトリウムの飽和水溶液、陰極側に純水を満たして、これに電流を通すと、陽極から塩素ガス、陰極から水素ガスが発生し、陰極側の液はイオン交換膜を透過したナトリウムイオンにより水酸化ナトリウム水溶液となる。 この方法を用いて、水酸化ナトリウムを製造しておるが、多量の電力を消費するため、課題がのこっている。
A.食品で酸・アルカリを使う例である灰汁について取り上げる。灰汁はシュウ酸が主となっていることが多い。山菜の灰汁抜きは灰汁が水溶性であるため水に着ければ抜くことができるが、アルカリ性の物質である重曹を使えば手軽に灰汁抜きができる。このように、食品においてもpH調整が使われる例がある。
A.フランスの化学者ルブランは、1789年に、食塩、硫酸、石灰石から炭酸ナトリウムを得る「ルブラン法」を発明した。まず食塩NaClと硫酸H2SO4を窯の中で加熱し、硫酸ナトリウムNa2SO4を生成します。次にこの硫酸ナトリウムNa2SO4にコークスCと石灰石CaCO3を加え、反射炉で加熱して、黒灰という固形の塊を生成するというものである。ルブラン法は成功を収めたものの、フランス革命の最中であったため特許取得ができなかった。しかし、大量の炭酸ナトリウムを得られるとして初めての本格的な工場が作られた。ルブラン法の工場は、環境問題を引き起こした。これについて、発生した塩化水素ガスHClを、水に吸収させた上で酸素と反応させて塩素とし、さらし粉として利用する技術が1880年に完成した。1887年には、廃黒灰を硫黄として回収し、硫酸に変換してリサイクル使用する技術が完成し、環境問題が解決した。
A.酸・アルカリは、基本的な無機薬品であり、18世紀に欧州で開発された。酸の一つである硫酸は、硫安肥料、染料中間体や、工業用に洗浄剤、中和剤、酸触媒に利用される。
A.ルブラン法もアルカリ工業のひとつだが、ソルベー法が確立されてからはこちらが使われている。 こちらはより純度の高い炭酸ソーダを得ることができ、廃棄物も少なく、副材料を再利用することができる。
A.酸・アルカリ工業の製品で一つ例を挙げると「漂白剤」が挙げられる。衣類の漂白剤について述べると、衣類用漂白剤には、酸素系漂白剤・塩素系漂白剤・還元系漂白剤があります。用途は色物用・白無地用・白物用と生地の種類によって分けます。 塩素系漂白剤は次亜塩素酸ナトリウムが主成分で、漂白力が強いので、染料まで脱色してしまうことがあり、色柄物には使用できません。白い無地の衣類やタオルなどにだけ使用できます。また、強いアルカリ性なので、綿・麻・ポリエステル・アクリル以外の繊維には使用できません。生地を傷めるおそれがあります。 一方、酸素系漂白剤の成分は過酸化水素や過炭酸ナトリウムです。染料を脱色しないので、白物にはもちろん色柄物にも使用することができます。
A.アルカリ工業の中のソーダ工業について ソーダ工業は、無機化学工業の一分野であり、電解ソーダ工業とソーダ灰工業の総称である。塩化ナトリウムの分解により、水酸化ナトリウム(苛性ソーダ)、塩素、水素、炭酸ナトリウム(ソーダ灰)などの基礎化学原料を製造する。工業の発展により、水酸化ナトリウムに比べ塩素の需要が増すことから、国によっては塩素工業とも呼ぶ。
A.無機化学工業の一分野にソーダ工業という分野があり、塩化ナトリウムの分解により水酸化ナトリウムや塩素、水素、炭酸ナトリウムなどの基礎化学原料を製造する。炭酸ナトリウムはソルベー法、水酸化ナトリウムと塩素は電解法により製造される。また、アンモニアはハーバー・ボッシュ法で製造されており、このアンモニアは窒素の化学肥料として農作物を作る際に用いられており、歴史的な数々の人口爆発に耐えられるだけの食料の生産量を確保することに成功した。それ以外の原料の需要は、水酸化ナトリウムは化学薬品や無機薬品、塩素は塩化ビニルの製造や無機薬品、炭酸ナトリウムはガラス製品などに主に使われており、幅広い分野でソーダ工業の製品は使用されている。
A.年間生産量約160万トンのアンモニアは、主に窒素肥料や硝酸の製造、樹脂・繊維などの化成品向けの原料として用いられている。当初はカルシウムカーバイドを1000度に加熱しながら空気中の窒素と反応させ、得た石灰窒素を加熱水蒸気で加水分解してアンモニアを製造していた。空中窒素固定法として知られているハーバー・ボッシュ法は、150~1000気圧の窒素と水素を鉄触媒存在下400~600度で接触反応させるもので、この方法の確立によって大量生産が可能となった。
A.酸アルカリ工業のはじまりは硫酸と炭酸ソーダの合成から始まった。硫酸は、1746年に英国の化学技術者ジョン・ローバックによって基礎技術が確立され、18世紀後半に「鉛室法」として完成した。銅の精錬副産物や、黄鉄鉱など非鉄金属の焙焼で得られる二酸化硫黄を、鉛板で内張りした室内(装置内)で二酸化窒素を触媒として酸化し、水に溶解して硫酸を得る方法である。鉛室法は19世紀、英国を中心に欧州で広まったが、得られる硫酸濃度が低かったため、現在では五酸化バナジウムV2O5を触媒とする「接触法」に置き替わっている。せっけんやガラスの原料となる炭酸ナトリウム(炭酸ソーダ)は、18世紀の欧州では海藻灰に頼っていた。生産量に限りがあることや、スペインとの国交状態によっては輸入ができなくなるなどの問題があり、人工的な製造法が望まれていた。そのため、ベルギーの化学者で実業家であるソルベーは1863年、炭酸ソーダの新しい製造法を開発し、「ソルベー法」の工業化に成功した。「アンモニア・ソーダ法」とも呼ばれるこの製法は、比べ反応温度が低いためエネルギー消費が少なく、生産コストを安価に抑えられる。また工程が簡単なだけではなく、品質も優れていました。そのためソルベー法は、19世紀後半に英国を中心に広がった。1902年には、全世界のソーダ生産量176万トンのうち、大半の162万トンがソルベー法で供給されたといわれている。
A.ハーバー・ボッシュ法を授業で習った。ハーバー・ボッシュ法は触媒を用いて1000気圧、600℃の条件下で窒素と酸素を接触反応させる方法である。 水素が鉄鋼中の炭素と反応し、鋼が脆くなるため、反応器の中身は二重管構造をとる。
A.アンモニア製造の経済性は水素の単価で決まるので、安価な水素を確保することが重要であり、炭化水素からの水素製造がこの目的に適している。炭化水素の原料としては、石油精製廃ガス、石炭乾留ガス、天然ガス、液化石油ガスなどが利用されている。アンモニア合成反応は容量増加、発熱的であるから、平衡論的には高圧低温ほどアンモニアの収率が高くなる。したがって反応温度を制御して、最適な反応速度と収率を維持する必要がある。また、優れた触媒を利用すれば圧力と温度を広範囲に選択できる。 参考文献: https://www.jstage.jst.go.jp/article/kakyoshi/37/6/37_KJ00003508235/_pdf/-char/ja
A.酸・アルカリ工業ではリン酸やアンモニアなどを合成する。リン酸はリン鉱石を硫酸で分解し、副生する石こうを?別してリン酸を製造する湿式の製品品質は、乾式法製品に比べ低いとされていたが、精製技術が進歩し、また製造コストが安いので、製造法が主流となってる。アンモ二アは低温法(ガス精製)、高温部分酸化法、接触部分酸化法、水蒸気改質法の4種に大別される。アンモニア合成反応は容量増加、発熱的であるから、平衡論的には高圧低温ほど収率は高くなる。
A.アンモニアは無色で空気よりも軽く、刺激臭を持つ気体である。空中窒素固定法と知られているハーバー・ボッシュ法という製造法がある。N?+3H??2NH?・・・(*) 150~1000気圧の窒素と水素を、触媒存在下400~600℃で接触反応させる。このように、低温・高圧にすればするほど(*)の式の平衡が右に傾く。この反応速度をFe?O?で触媒にして、反応速度を上げている。しかし、近年ではより高活性なルテニウム系触媒が開発され、この触媒の活性は鉄系触媒と比べて20倍も高く、130気圧、140℃のより温和な反応条件でも、アンモニアの収率は40%に達する。 また、アンモニアの生産においては、原料となる水素を安価で製造することが重要である。水蒸気改質法では、Ni系触媒存在下約800℃で、まず炭化水素をH?とCOに変換し、さらに残存するCH?などを空気酸化することで、改質ガス内にN?ガスがモル比、N?:H?=1:3の割合で導入される。以下の化学反応式で水素が生成される。 2C?H??+14H?O→14CO+29H? CH?+H?O→CO+3H? 2CH?+O?+4N?→2CO+4H?+4N?
A.アンモニア 20世紀初頭に開発されたハーバー・ボッシュ法では、150~1000気圧の窒素と水素を、触媒存在下400~600℃で触媒反応させることにより、アンモニアの大量生産が可能になった。このような高温・高圧に耐えられる反応釜、パイプ、バルブも必要であった。
A.硫酸について 工業的に重要な酸の1つである硫酸は、日本では年間約700万トンが製造されている。主な用途として、硫安肥料、染料中間体など硫黄を含む製品の原料として使用されているほか、工業用に洗浄剤、中和剤、酸触媒などとして使用されている。以前は、鉛室法と呼ばれる方法で硫酸が製造されていた。鉛室法とは、窒素酸化物を用いてSO?を酸化する方法である。しかし、現在日本では、接触法と呼ばれる方法で硫酸が製造されている。接触法とは、二酸化硫黄(亜硫酸ガス)を五酸化バナジウムを触媒として三酸化硫黄へ酸化し希硫酸ガスなどに吸収させる方法である。なお、実際の製造では、V?O?-K?SO?-SiO?を触媒として、反応温度450~550℃、二重接触式によって製造されている。原料となる二酸化硫黄は、当初は硫黄を含む鉱物や単体硫黄の焙焼により製造されていたが、近年では、非鉄金属精錬からの排ガス中に含まれる二酸化硫黄や、石油精製において回収される単体硫黄を酸化させることで得られる二酸化硫黄の割合が増加した。
A.ハーバーボッシュ法。化成肥料を製造するのに利用する空中窒素固定法をしてあげられるが、この方法では密閉空間で高温下で加熱することで1000気圧の圧力を生み出す。ここでは水素下で鉄鋼中の炭素が水素と反応して脆化し破壊するのを防ぐために二重管構造の反応装置が利用されている。
A.酸・アルカリ工業の一つに炭酸ソーダの生成がある。18世紀までは海藻灰に頼っていたが十分な量を手に入れることができないことからルブラン法が発明された。ルブラン法は食塩、硫酸、石灰石から炭酸ソーダを生成する方法である。反射炉による加熱で濃く灰を生成し黒灰中から水に溶けだすソーダのみを水によって抽出しその水溶液からソーダを結晶として取り出していた。
A.空中窒素固定法 ハーバーとボッシュが空中窒素固定法というものを見つけた。これは、肥料の3要素のひとつである窒素の肥料を空気から作るという大発明である。(実際には空気を高温、高圧にする) これはアンモニアの製造方法、ハーバー・ボッシュ法として知られる。
A.酸、アルカリが共存すると、標準電極電位により電子が移動することで、起電力としてエネルギーを取り出せる。これによって電池が開発され、エネルギーを簡単に手に入れられるようになり、一気にデジタル化が進歩した。
A.ハーバー・ボッシュ法 1906年にハーバーとボッシュが開発したアンモニア固定法である。水と石灰と空気からパンを作る方法として呼ばれたこともあるこの方法は、肥料を大量生産し、人口爆発に耐えうる食料を人々にもたらした。結果、両者ともノーベル賞を受賞している。 Webclassの出席をし忘れてしまいました。第一回と同時に行われていたため、一回目の出席だけでいいのだと勘違いしてしまいました。
A.設問1で取り上げてしまったので、アルカリである炭酸ソーダのもう一つの製法であるソルベー法についてとり上げる。ベルギーの化学者で実業家であるソルベーは1863年、炭酸ソーダの新しい製造法「ソルベー法」の工業化に成功した。炭酸水素ナトリウムの加熱分解によって炭酸ソーダが得られることは、ソルベー以前から知られてたが、アンモニアや二酸化炭素など気体を扱う技術が未熟かつ、アンモニアの入手が困難だったため、実用化されることはなかった。一方、ソルベー法が発見された19世紀後半は鉄鋼業が隆盛を極め、製鉄に使うコークスを生成する際に副生されるアンモニアが容易に手に入ったことが、ソルベー法の普及を後押した。ソルベー法は、設問1で取り上げたルブラン法に比べ反応温度が低いためエネルギー消費が少なく、生産コストを安価に抑えられた。また工程が簡単なだけではなく、品質も優れていた。そのためソルベー法は、19世紀後半に英国を中心に広がった。
A.カセイソーダ カセイソーダは正式には水酸化ナトリウムのことである。日本では年間約400万トン生産される、吸湿性を持った白色固体である。主な用途は、製紙工業におけるパルプの蒸解、繊維工業におけるセルロース系繊維の紡糸などのほか、各種工業における中和剤などである。水酸化ナトリウムは電解法によって製造され、様々な電解法があるが、日本ではイオン交換膜法が主流である。原料には食塩水溶液を用い、水酸化ナトリウム、塩素、水素を得る。これらの気体は容易に反応してしまうので、分離して捕集する。
<!-- 課題 課題 課題 -->
<li>
<a href='https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/WebClass/WebClassEssayQuestionAnswer.asp?id=8'>
<q><cite>
</q></cite>
</a>.
<a href='https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Syllabus.asp?nSyllabusID='>
<a/a>・
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<!-- 課題 課題 課題 -->
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。