※アフィリエイト広告を利用しています

化学

ハーバーボッシュ法のすごさとは？【高校化学】

 
ハーバーボッシュ法 高校化学 すごさ

今回の記事では高校化学で学習する
ハーバーボッシュ法のすごさについてわかりやすく解説します。

スポンサードリンク




【高校化学】ハーバーボッシュ法のすごさ

ハーバーボッシュ法は20世紀最大の発見、
20世紀最大の人類に貢献した反応といわれています。

ハーバーボッシュ法とは？

ハーバーボッシュ法は1906年に考案されたアンモニア（$NH_3 $）の工業的製法です。
反応式はめちゃくちゃ簡単です。

ハーバーボッシュ法の反応式

$N_2 $＋$3H_2 $⇔$2NH_3 $

中学生でも書けるようなすごく簡単な反応ですね。
これの何が20世紀最大の発見なのでしょうか？

窒素は希ガスに近いくらい反応性の低い気体です。
そんな窒素を化学反応させてアンモニアを作るというのはすごく大変なことです。

つまり、反応性の低い窒素を反応させることに
ものすごい苦労があったわけです。

では反応を可能にするためにはどんな工夫をしているのでしょう？
まず、触媒として鉄（$Fe $触媒）を使います。
触媒というのは反応を起こりやすくするために加えるもののことです。

ですが、値段が高い触媒だと意味がありません。
アンモニアソーダ法は工業的製法です。
大量生産して、誰かに売ってお金を儲ける製法のことです。
⇒工業的製法とは？わかりやすく解説

なので、値段が高い触媒だと製造コストが高くつくため、
儲けが減ってしまいますからね。

ですが、鉄はそんなに高い金属ではありません。
だから鉄を触媒として使うことができました。
これもアンモニアソーダ法のすごいところです。

ですが、鉄さえあればすぐに反応するわけではありません。
窒素はそれくらい安定していますから。

窒素と水素を反応させてアンモニアを効率よく作るには

・高温（400～600℃）
・高圧（200～1000気圧）

という条件が必要です。

高圧にするには圧力に耐えるだけの
頑丈な容器が必要になります。

アンモニアを工業的に工場で大規模で作るには
ものすごく頑丈な容器が必要なのです。
何度も何度も容器が破裂するような失敗があったそうです。
いろんな実験を繰り返してやっとアンモニアの大量生産につながったそうです。

ハーバーボッシュ法の何がすごいの？

そもそも論としてアンモニアを大量に作ったとして
何の利点があるのでしょう？何がすごいのでしょう？
アンモニアは汚いトイレで漂っている気体じゃないですか。
刺激臭がすごいですね。

そんなアンモニアを作って何のメリットがあるのでしょう？
何がすごいのでしょう？
そもそもハーバーボッシュ法はノーベル賞をとっている手法ですからね。
ここがすごいですよね。

ハーバーボッシュ法でできたアンモニア。

ハーバーボッシュ法の反応式

$N_2 $＋$3H_2 $⇔$2NH_3 $

これに$NNO_3 $（硝酸）と反応させたら$NH_4Cl $
$HCl $（塩酸）を加えると中和反応により$NH_4NO_3 $（硝酸アンモニウム）になります。
$H_2SO_4 $（硫酸）と反応させたら$（NH_4）_2SO_4 $（硫酸アンモニウム）になります。

上記3つはアンモニアが酸と反応してできるアンモニウム塩なのですが、
いずれも植物の肥料として利用できるのです。

つまり、ハーバーボッシュ法は肥料の原料となるアンモニアを大量に作ることを
可能にした方法といえます。
では肥料が大量生産できたら何が可能になりますか？

肥料が大量に作れるということは食物である小麦などの栽培量が大幅にアップするわけです。
小麦の栽培効率がアップするわけですよ。
そして小麦が大量生産されるということは、
最終的に食料であるパンの大量生産が可能になります。

原料となる窒素は空気中に入っているものです。
それがアンモニアになって肥料になって小麦になり、
最後、パンになって帰ってくるわけですね。

空気からパンを作ることができるということです。

ということでハーバーボッシュ法はノーベル賞を受賞するわけです。
もしハーバーボッシュ法が考案されていなかったら
地球の人口は18億人くらいでストップしたといわれています。
人口を賄うだけの食料を作れなかったからです。

でも地球上の人口は約70億人くらいまで増えています。

ハーバーボッシュ法の貢献は非常に高いです。
地球上の人口を大きくしたということで画期的な製法です。
空気からパンを作るというのがハーバーボッシュ法のすごさです。

次にハーバーボッシュ法によってスポットライトが
当たるようになった工業的製法について説明します。
名前はオストワルト法といいます。
続きは次の記事で解説します。

スポンサードリンク




すごさ ハーバーボッシュ法 高校化学
関連記事