乾留

乾留（かんりゅう）とは

乾留とは、酸素が存在しない環境下で、特定の有機物が含まれる固体物質を強く加熱し、熱分解させる化学的なプロセスです。この操作の目的は、元の固体物質を分解すると同時に、生成物の中から熱によって気体や蒸気となりやすい揮発性成分と、固体として残る不揮発性成分とを分けることにあります。

原理と生成物

乾留において空気を遮断することは非常に重要です。もし酸素が存在すれば、有機物は単に燃焼してしまい、目的とする熱分解生成物を得ることができません。空気を断つことによって、燃焼ではなく、熱エネルギーによる分子の切断や再結合といった化学的な分解反応（熱分解）が効率的に進行します。

熱分解が進むと、分子量の小さな化合物が多数生成されます。これらの中には、水蒸気、二酸化炭素などの無機ガス、メタンや一酸化炭素といった可燃性ガス、そして多種多様な揮発性の有機化合物が含まれます。これらは気体や蒸気として系の外部へ取り出されます。一方、炭素を主成分とする物質や、分解されにくい無機塩類などは固体として反応器内に残ります。この固体残渣は「炭化物」や「コークス」などと呼ばれます。

実験室での例

化学の実験室で乾留の原理を示す例として、酢酸ナトリウムを水酸化ナトリウムと共に加熱する実験が挙げられます。この加熱により、酢酸ナトリウムが熱分解し、炭酸ナトリウムとメタンガスが生成します。発生したメタンガスを捕集することで、乾留による特定のガス生成を確認できます。

産業上の利用

乾留は、工業分野で長年にわたり重要な技術として活用されています。

石炭の乾留: 石炭を高温で乾留すると、都市ガスの原料、道路舗装に使われるコールタール、そして製鉄に不可欠な燃料・還元剤であるコークスなどが得られます。
木材の乾留: 木材を乾留すると、暖房や調理に用いられる木炭、農業や工業で利用される木酢液、そして木タールなどが生産されます。
有機性廃棄物の乾留: 近年では、環境対策の一環として、生ゴミやバイオマスなどの有機性廃棄物を乾留し、発生するガスを燃料として利用したり、残った炭を土壌改良材などに活用したりといった再資源化の取り組みも行われています。

歴史的な応用例

乾留の技術は、歴史上の重要な技術開発にも貢献しています。例えば、白熱電球を実用化したトーマス・エジソンは、長寿命のフィラメント材を探求する中で、日本の竹を乾留して得られた炭素繊維を電極として使用し、その成功に繋がったとされています。また、第二次世界大戦末期の日本では、燃料不足を補うために、松の木の根を乾留して航空機燃料に転用する「松根油」の研究開発が行われた歴史もあります。

生成物の具体例：木材の乾留から

木材を乾留する際に得られる生成物は、加熱温度や条件によって異なりますが、一般的には木タール、木酢液、そして木ガスと呼ばれるものが分離されます。

木酢液: 木酢液は、熱分解の過程で生じる酢酸などの有機酸を多く含むため、強い酸性を示します。酸性度を調べる際には、BTB溶液が黄色に変色したり、青色のリトマス紙が赤色になったりすることで確認できます。
* 木ガス: 木ガスは、主に水素（H₂）、一酸化炭素（CO）、メタン（CH₄）などのガス成分が混じり合ったものです。可燃性があり、工業プロセスにおける燃料として利用されることがあります。

その他の乾留反応

特定の化学物質を乾留することで、目的とする化合物を合成する例もあります。例えば、酢酸カルシウムという塩を乾留すると、工業溶剤として広く使われるアセトンという物質と、炭酸カルシウムが生成します。

このように、乾留は単に物質を分解するだけでなく、新たな有用物質を生み出し、それらを効率的に分離するための基本的な化学的操作として、科学技術の発展に多様な形で貢献しています。

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