東京工科大学　工学部　応用化学科　ブログ

　反応を制御するための工学、「反応工学」の話題として圧力による反応の制御について、前回と前々回で紹介しました。今回は触媒による反応の制御についてお話ししましょう。

　例によって「ハーバーボッシュ法」からスタートします。

　発熱反応である窒素と水素からのアンモニア合成反応はルシャトリエの法則から低温ほど有利である。しかし、あまりに低温では反応が進行しない。そこで、アンモニア合成に際して分子の数が減少することに注目し、再びルシャトリエの法則を適用すれば高圧が有利であることがわかる。圧力を上げ、さらに触媒を開発してついにアンモニアの工業的な合成が可能になった。

　さて、ハーバーボッシュ法での開発された触媒の役割は低温でも充分早い速度で平衡濃度が達成されるように反応を加速することです。ただし、触媒を加えると正反応が早くなるのと同時に逆反応の反応速度も大きくなり、平衡状態に達する時間は短くなるものの、平衡の移動は起こりません。つまり「触媒は最終的な反応の結果に影響を与えない。」ということです。

　ここで話変わってタイトルにあるエチレンオキサイドの合成について紹介します。エチレン（C₂H₄）と酸素（O₂）を反応させるとどうなるでしょうか？エチレンの酸化、あるいは燃焼ですから、最終的にはCO₂とH₂Oができるはずです。ところが銀を含む触媒をつかうとエチレンと酸素からエチレンオキサイド(C₂H₄O)を作ることができます。エチレンオキサイドを水と反応させるとエチレングリコール（不凍液やポリマーの原料として有用な物質です）が得られるため、この反応は工業的に行われています。ここで銀の触媒というところが重要で、他の触媒ではエチレンオキサイドではなく二酸化炭素と水（それと未反応のエチレン）が生じることになります。

　さて、このエチレンの部分酸化の例と先ほどの「触媒は最終的な反応の結果に影響を与えない」という知見とは矛盾してはいないでしょうか。

　同じ原料系から触媒を変えることで別の物質を作ることができる。触媒を利用して違う反応を起こすことができるのに「触媒は最終的な反応の結果に影響を与えない。」とはこれ如何に、です。