生活の中の化学工学 – 問題8 – 既存の正解
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この投稿は最後にyjqin1によって2015年8月20日19時14分に編集されました。現在の中国の農村は、改革開放後の80年代や90年代とは異なり、さらにはそれ以前の60年代や70年代とも違い、解放前とはまったく別物です。 70年代は私の少年時代で、学校に行く必要も農作業をする必要もなかったが、とにかく飢えていた。特に冬は1日2回だけお粥を食べるだけで、大隊書記（村の書記）の子供以外は、みんな顔色が悪くやせ細っており、ダイエットなど考える余地もなかった。 でもその頃も面白かったです。例えば、アイスサル（コマの一種）を遊んだり、自分で花火を作ったりできました。 花火を作るには硝酸が欠かせず、それは硝酸塩です。 当時の農村で一般的だった化学肥料には、アンモニア水、炭酸アンモニウム、過リン酸カルシウムなどしかなく、尿素や**などはまだありませんでした。 じゃあ、硝酸塩はどこで手に入れるの？ゆっくり話そう。 まず、自分で、あるいは兄や叔父たちに手伝ってもらって、特別な形の小さなほうきを作り、それにかごとふるいを持っていきます。他人のトイレや豚小屋、家畜小屋などに行き、壁や床を丁寧に掃除する。時には太った豚がそばでぐうぐう鳴いて抗議してくることもあり、ロバや牛に蹴られないようにさらに気をつけなければならない。これらの「土」を集めて、家に持ち帰る；次に井戸水を加えてしばらくかき混ぜ、上澄み液を鍋で煮て約10倍ほど濃縮し、白い固体が出るまで続けます。大量に出てきますが、これらの固体はすべて捨てます。 最後に残ったわずかな「水」を取り出し、別の容器に入れて夜間は庭に置きます。すると翌日、中に美しい形をした結晶ができているのが見られ、通常は放射状です。これらの結晶物の固形分を取り出すと、それがいわゆる「硝」です。 硝石と木炭、それに大人から盗んだ硫黄があれば「鳴り火薬」を作ることができるが、花火やセキセイ火薬は小売業者から買わなければならない。 1978年に高校の初日に同級生たちに「水素二酸化一」とは何かと尋ねた、私たち農家の子供たちは、生まれながらにして化学者、化学エンジニアなのだ。 皆さん、ゲームを通じて成長してきた新しい世代として、皆さんはゲームで成果を出すことができますか？DNAの二重らせん構造を作り出すことはできるか？ノーベル賞の賞金を稼げるのか？ 余計な話はやめて、教えてください。かつて私たちは、どのようにして肥料から硝酸塩を作り出したのでしょうか？
標準答え：この問題に注目する人はほとんどおらず、おそらく「化学工学の原理」では結晶についてあまり触れられていないからでしょう。結晶に関しては、天津大学化学工学部の王静康院士しかいないのですから。 かつての農村における硝石製造の原理は次の通りである。トイレや豚小屋、家畜小屋などの土壌には、溶解性のある塩化物イオン、硫酸根イオン、硝酸根イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオンなどが含まれている。 この土を井戸水で浸すと、塩化物、硝酸塩、硫酸塩が水中に溶け出します。 上澄み液を濾過した後、大きな鍋で沸騰するまで煮詰めると、水分が蒸発するにつれて数倍、数十倍も濃縮され、水溶液は飽和状態に達する。これらの塩の溶解度はどれも高い。しかし、硫酸ナトリウムは35度以上で、塩化ナトリウムはあらゆる温度範囲において、飽和溶解度の変化はほとんどない。 したがって、まず硫酸ナトリウムと塩化ナトリウムが100～108の間で結晶化します。そして、その中のカリウムイオンと硝酸根イオンは、水分が蒸発し、塩化ナトリウムや硫酸ナトリウムが結晶化することによって濃縮される。 室温以上では、硫酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウムの溶解度は温度上昇に伴って大きく上昇する。 この高濃度の溶液を100度以上から0度、あるいはそれ以下まで冷却すると、温度の影響で溶解度が最も低下するのは硝酸カリウムです。そのため低温下では硝酸カリウムが最初に沈殿します。また、低温下で温度の影響を大きく受ける硫酸ナトリウムや、影響をあまり受けない硝酸ナトリウムも沈殿する可能性があります。ここには偶然性が含まれる可能性があり、主にどのような硝酸塩の具体的な溶解性成分で構成されているかによります。 硝酸カリウムと硝酸ナトリウムなら**として使えるじゃないか。 北宋の時代から現代の意味での花火が登場し、私たち中国人はこのようにして硝石を精製してきたのです。 私たち中国人は賢いでしょう？適切な場所で使われるかどうかです。