東京工科大学　工学部　応用化学科　ブログ

それぞれの反応の25℃、１気圧での平衡定数を求めると、まずアンモニアの合成反応の平衡定数は1.0×10⁸となり、アンモニア生成の方に非常に大きく偏っていることが分かります。平衡を考慮するとアンモニア合成には「高圧･低温が有利」というのは良く知られたことですが、室温まで温度が下がるとここまでアンモニア側に傾くわけです。もちろん、室温付近では反応速度が非常に遅いので現実的には「反応が起こりやすい」という訳ではありません。

　一方、二酸化窒素の合成反応の平衡定数は7.9×10^-10となり、この反応はほとんど起こらないことが分かります。「触媒を使って」と考えるひとがいるかもしれませんが触媒の機能は平衡に近づく早さを加速することですから、平衡状態で不利な反応を有利に変えることはできません。平衡で起こりやすいと計算される反応が実際に起こりやすいとは限らないのですが、起こりにくい反応は実際にも起こりにくいのです。この反応は吸熱反応なので「高温･低圧が有利」な反応ですが、必要とされる高温を経済的に見合う条件で作りだすのは難しい、と判断されたのでしょう。

　皆さん、安心してください。どんな触媒が開発されても大気中の窒素と酸素が反応して酸素が消失することは無さそうです。

補足）もちろん、「窒素固定世界」の著者、ハル･クレメントはこの点に気がついていたのでしょう。窒素と酸素を結合させるのは「疑似植物」だと設定されています。おそらく太陽光のエネルギーを利用して自然には進行しない酸素と窒素を反応させ、それが大規模に行われることで大気が変化したわけです。実際、現在の大気に酸素が含まれているのは太陽光のエネルギーを利用して二酸化炭素から酸素を分離させる反応、つまり光合成が植物によって大規模に行われているからためなのですから。

江頭 靖幸