大学 · 25分
ソルベー法：食塩水からソーダ灰へ
アンモニアソーダ法の5段階をたどる：食塩水の精製、アンモニア化、炭酸化、NaHCO₃ のろ過、そして Na₂CO₃ への焼成——アンモニアは循環される。
目的
NaCl、NH₃、CO₂ の物質流を工場内で追い、NaHCO₃ が選択的に沈殿する理由を説明し、アンモニア循環ループの役割を挙げる。
器具と試薬
濡れたガラス器具ではなくプロセス図で学ぶ：濃食塩水、アンモニア、二酸化炭素（石灰石の焼成由来）、炭酸化塔、ろ過装置、焼成窯。
手順
- 左から右へ流れを読む：精製食塩水、アンモニア化、炭酸化、ろ過、焼成。各塔が一段階で、動く粒子が物質の流れを示す。
- 流量スライダーを変える。流速が速いほど各段の接触時間は短くなる。実際のプラントでは反応がほぼ完結するよう各塔の寸法が決められている。
- 化学変化を追う：NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O → NaHCO₃↓ + NH₄Cl、次に加熱で 2 NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O。
- 循環を特定する：NH₄Cl から（石灰で）放出されたアンモニアはアンモニア化塔に戻り、焼成で出た CO₂ の一部は炭酸化に戻る。
観察すること
- 固形物が出るのは第4段だけ。NaHCO₃ はアンモニア性食塩水中で唯一の難溶性種であり、ろ過で分けられる。
- 最終段は高温になる。焼成が炭酸化で取り込んだ CO₂ を放出し、ガス循環の一部を閉じる。
解説
アンモニアが食塩水のアルカリ度を上げ、CO₂ は重炭酸として吸収される。NaHCO₃ は存在する塩の中で最も溶けにくいので結晶化してろ過される。焼成（約200 °C）で Na₂CO₃ になる。正味の投入物は食塩と石灰石で、アンモニアは循環するキャリアとして働き、CaCl₂ が主な副生成物として残る。
実験の歴史
エルネスト・ソルベーは1861年にアンモニアソーダ法の特許を取得し、1863年に生産を開始して、高コストで汚染のひどいルブラン法に取って代わった。炭酸化の前に食塩水をアンモニアで飽和させ、NaHCO₃ を沈殿させ NH₄Cl を溶液に残すという工夫により、ガラス・せっけん産業に安価なソーダを供給できるようになり、現在も世界の合成 Na₂CO₃ の大半をこの法がまかなう。
ゆかりの化学者
バーチャル実験は直感をつかむための簡略化したモデルです。実際の実験や安全教育の代わりにはなりません。指導者なしに自宅で再現しないでください。