炭化カルシウム

炭化カルシウム：アセチレンから肥料まで、その多様な用途と歴史

炭化カルシウム（カルシウムカーバイド、化学式CaC2）は、灰色がかった白色の固体で、アセチレンガスを発生させるための主要な原料として知られています。アセチレンランプの燃料として古くから親しまれてきたほか、近年でも溶解アセチレンの工業生産において重要な役割を果たしています。

性質と製造法

炭化[カルシウム]]は、生石灰(CaO)と[[コークス]を約2000℃の高温で電気炉内で反応させることで合成されます。この反応は、

CaO + 3C → CaC2 + CO

という化学式で表されます。この高温反応を実現するためには、グラファイト電極を備えた電気炉が必要であり、その工業的生産は、化学産業における技術革新を象徴する出来事でした。特に19世紀後半以降、水力発電による安価な電力供給が普及したことで、大規模な炭化カルシウム製造が可能になりました。

市販されている炭化カルシウムは、リン化カルシウムや硫黄などの不純物を含むため、灰白色の塊状固体となっています。これらの不純物から発生するホスフィンや硫化水素によって、アセチレンガスにはわずかに不快な臭いが伴います。純粋な炭化カルシウムは、無色透明の結晶構造を有します。

主要な用途

炭化カルシウムの最も重要な用途は、アセチレンガスの製造です。1862年にフリードリヒ・ヴェーラーによって発見された炭化カルシウムと水の反応

CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2

は、溶解アセチレンの工業生産に利用されています。また、アセチレンランプは、この反応を利用して発生させたアセチレンガスを燃焼させる伝統的な照明器具です。

さらに、炭化カルシウムは鉄鋼業において、溶解鉄から酸素や硫黄などの不純物を除去する際の添加剤として用いられています。汲み取り式トイレの脱酸化剤や、オランダやベルギーの伝統的な遊びであるカーバイド撃ち（金属製の筒にカーバイドと水を入れ、発生したガスに点火して音を出す遊び）、玩具の大砲などにも利用されています。

また、リン化カルシウムとの混合物は自然性の照明弾にも使用され、高温下（約1100℃）で窒素と反応させることで、肥料として重要なカルシウムシアナミドを合成することも可能です。この反応は、窒素分子の強い三重結合を化学的に切断する数少ない方法の一つです。

CaC2 + N2 → CaCN2 + C

日本における炭化カルシウム製造の歴史

日本において炭化カルシウムの製造が成功したのは、1902年（明治35年）のことです。宮城紡績電灯の藤山常一技師長が、仙台市郊外の三居沢発電所で初めてその製造に成功し、「三居沢カーバイト製造所」を設立しました。その後、藤山は全国に工場を設立し、1907年（明治40年）には野口遵とともに日本カーバイド商会を設立するなど、日本の化学工業の発展に大きく貢献しました。

まとめ

炭化カルシウムは、アセチレンガスの製造から鉄鋼精錬、肥料生産まで、幅広い用途を持つ重要な化合物です。その製造技術は化学産業の進歩を象徴し、日本におけるその歴史は、近代化における技術革新の一端を垣間見せてくれます。今後も、様々な分野でその有用性が期待される物質です。

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