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2019-02-22

怖くも胡散臭くもない「イオン液体」を知ろう

化学界ではここ2,30年ほどイオン液体ブームだ。イオン液体は、バッテリーの電解液や反応溶媒などに応用が期待されている新材料だが、畜生なことに同じ新材料でもカーボンナノチューブとかフラーレンとか導電性ポリマーとか超伝導体みたいなものと比べると格段に知名度が低い。学部生だと化学を専門にしていても知らないやつは多い。

イオンってえと、「ゲッ、プラズマクラスターだ、逃げろ!」みたいな反応をする奴がいるが、イオン液体別にニセ科学でもなんでもない。おそらく健康いいわけでもないし、癒やし効果があるわけでも無え。ただの液体だ。あまり身構えないで読んでくれ。

イオンとはなにか

さて、イオン液体イオンからできている液体であることは字面から想像がつく。じゃあイオンとは何か。イオンぶっちゃけ中学理科で習うんだけど、普通は覚えていないだろう。オレだってそうだった。

全ての物質原子分子からできていると考えている人は多い。でも実はイオンという粒子からできている物質もたくさんある。イオンという粒子からできている物質のことを、化学世界では「塩」と書いて「エン」と読む。エンッ!ファッキン紛らわしいことに、料理で使う塩もエンの一種だ。お塩ナトリウムイオン塩素イオンからできている。

イオンとは電荷を持った原子分子のことだ。電荷とは静電気のことで、静電気なのでプラスマイナスがある。プラス電荷を持った原子分子陽イオンマイナス電荷を持った原子分子を陰イオンと言う。「するってえと増田、陰イオンってえのはマイナスイオンのことだな!」と言いたくなる気持ちはわかる。ところがどっこい陰イオンマイナスイオンは全くの別物だ。まあ話が長くなるからそれは置いておこう。別物だとは思っておいてほしい。

なんで静電気を持つのかっていうと、静電気を持ちたがる元素存在するからだ。例えばナトリウムプラス静電気を持ちたがる。原子プラス静電気を持つ原子核とマイナス静電気を持つ電子からできている。原子分子プラマイゼロになっている。プラマイゼロであるナトリウム原子は、例えば水と接触させると、マイナス静電気を持つ電子放出してナトリウムイオンになる。ナトリウム原子空気中の水分とも反応してしまうからナトリウムは通常石油で満たした容器に入れて保存する。この電子放出するという現象は実は酸化と呼ばれている現象とまったく同じなのだが、それは今はいいだろう。とにかく、そのようにして化学反応を通して電子放出してプラス静電気を持ったり、逆に電子を奪い取ってマイナスになったりする原子分子というのは世の中にたくさんある。静電気を持った原子分子、つまりイオンというのはそうやって作られる。

静電気基本的性質として、プラス静電気を持ったものマイナス静電気をもったものは引っ張り合い、マイナスマイナスは反発し、プラスプラスも反発するというものがある。しらなかった人はそういうものだと思ってくれ。髪の毛で下敷きを擦ると髪の毛が下敷きにくっつくのは、下敷きがマイナスで髪の毛がプラスになるからだ。ちょうど磁石のNとSが引き合い、NとNが反発し合うのと同じような感じだ。

プラスプラスは反発するのだから陽イオンばっかりを集めて物質を作ることは、少なくともビーカーの中では不可能だ。普通陽イオンの周りは陰イオンが取り囲んでいるし、陰イオンの周りは陽イオンが取り囲んでいる。塩(エン)に含まれる陰イオン陽イオンの数は1対1になる。陰イオンが1万個あったら陽イオンも1万個ある。もっとも60グラム食塩には陰イオン陽イオンがそれぞれ約6000垓個も含まれている。ガイだ、ガイ。兆の次が京、京の次が垓だ。そんなにたくさんあるので厳密に1対1かどうかはオレは知らん。

話が長くなったが、プラス静電気を持った原子分子陽イオンと呼び、マイナス静電気を持った原子分子を陰イオンと呼ぶ。また、陽イオンと陰イオンが1対1の比率で集まってできている物質を塩(エン)と呼ぶ。塩(エン)の代表例には、塩化ナトリウム食塩)や塩化カルシウム融雪剤に使う)、水酸化ナトリウム石鹸の原料でパイプユニッシュ有効成分)なんかがある。カメラ趣味の人は蛍石レンズなんかを使うかもしれないが、蛍石というのもフッ素イオンカルシウムイオンから構成される塩(エン)だ。薬を飲む人は、ナンチャラ塩酸塩みたいな名前の薬を摂取するかもしれないが、あれも塩(エン)の一種だ。基本的には、塩(エン)にすると水に溶けやすくなるし長持ちするようになるから医薬品には塩(エン)が多い。

・液体の塩

例としていろいろ塩(エン)を上げたが、コイツらには共通する特徴がある。結晶が白い。まあそれもそうだ。叩くと割れる。これもそうだ。岩塩とか割れるもんな。叩くと割れ性質は「へき開性」っつって中学校か高校で塩(エン)の特徴として習ったはずだ。普通忘れてるけどな。そういうのも重要な特徴だが、ここではもっと別のことに気づいてほしい。今あげたような塩ってえのは、全部常温で固体なんだ。

多くの物質は、アホみたいに加熱してやれば液体になる。鉄だって溶鉱炉ではどろどろに溶けるだろう。ココナッツオイルは人肌くらいで溶けるし、氷は極めて不思議な事にピッタリ0度で溶けて水になる。複雑な構造を持った有機物は加熱すると溶ける前に分解して別の物質なっちゃうが、分解しない物質は加熱してやればかならず溶ける。

もちろん塩(エン)も例外ではない。でも、塩(エン)は溶ける温度がメッチャ高い。例えば、食塩(塩化ナトリウム)の融点は800度だ。水酸化ナトリウム融点ちょっと低めの318度。塩化カルシウムは772度。蛍石融点は993度。溶鉱炉レンズを落としたら諦めよう。とにかく、塩と呼ばれる物質融点が高い。普通は700度くらいだ。ご家庭では溶かすことはできないだろうし、そこまで融点が高いと、液体の状態でなにかに応用することはかなり難しい。

なぜ融点が高くて溶けにくいのかといえば、イオン静電気を持っているからだ。水とかアルコールみたいな静電気を持っていない分子からできている物質は、静電気を持っていないので熱を加えてやるとすぐに分子分子がはなれて液体になる。液体とは、分子分子が熱のせいで離れてしまって結晶を作れない状態だ。どっこいイオンは、静電気が働いてプラスマイナスで引き合ってしまうので、アホみたいに熱をかけても結晶構造が壊れずに固体のままだ。びくともしない。

化学世界では、塩は融点が高いというのが長い間常識だった。ところが、100年ほど前に、12度で液体になる硝酸エチルアンモニウムという物質発見された。何を隠そう、コイツこそがイオン液体なのだイオン液体とは、融点が100度以下の塩(エン)のことだ。100年前に発見されたときはなんの役に立つか不明だったので世間からアウト・オブ・眼中だったが、ここ数十年でまたブームが来て、研究が盛んに行われている。おそらく電気自動車とかモバイルデバイスに使うバッテリーに応用ができることがわかってきたからだ。

イオン液体はなぜイオン液体になれたのか

なぜ食塩蛍石は1000度近くまで加熱しないと液体にならないのに、イオン液体は100度前後で液体になるのか。それは、イオン構造が違うからだ。

例えば食塩は、塩素イオンナトリウムイオンからできている。コイツらはかなり小さいイオンだ。水兵リーベ僕の船、七曲りシップス・・・というのを覚えさせられて、なんだったんだよあれと思っている人は多いハズだが、あれを思い出してほしい。がんばって覚えたアレが役に立つときが今来た。まずはナトリウムだ。H He Li Be B C N O F NeNa・・・あった!11番目だ。元素120番くらいまで発見されているから、11というと結構前の方だ。前の方っていうとどういうことかっていうと、原子が小さいということだ。周期表の前の方の奴ほど原子が小さい。それを考えると、ナトリウムはかなり小さい元素だということになる。ついでに塩素も見てみよう。 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Clあった。Cl塩素だ。塩素英語でクロライン。だから元素記号は頭文字をとってClだし、炭素塩素が3つついた物質のことをクロロホルムと言う。それはそうと塩素17番目だ。これもかなり序盤で出てくる元素だ。つまり原子が小さい。原子が小さいってことは、イオンになっても小さままってことだ。

イオンが小さいとどうなるのかってえと、他のイオンと、より強力にくっつくようになる。よくわからない人は磁石想像してほしい。小さいイオンはむき出しの磁石、でかいイオンは周りが分厚いプラスチックでコーティングされた磁石だ。どっちがくっついてしまったとき引き剥がすのが難しいか?もちろんむき出しのほうだ。むき出しのネオジム磁石が2個くっついちゃった日には全然取れないよな。ムカつくぜ。

自然界に溢れている身近な塩(エン)は、小さいイオンから構成されるものばっかりだ。だから融点がクソ高い。1000度近くまで熱しないと溶けない。

じゃあさ、じゃあだぞ。人工的にメッチャでかいイオンを作ったら、融点もっともっと下がるんじゃね?この発想で、ここ数十年でどんどん融点が低い塩(エン)が作られた。うまいこと行って融点が100度を切ったものは見事「イオン液体」の称号が与えられた。

人工的にデカイオンを作ると言っても、別にそんなにすごいことではない。ナトリウムイオン塩素イオンなんかは一つの原子イオン化したものだが、世の中には分子イオン化したものというのが存在する。先程言った医薬品塩酸塩というのもそれだ。だったらデカ分子イオン化してやればいいだけだ。イオンといってもビーカーで作れるような大したことないものだ。ビームレーザー電磁波超伝導コイルも使わない。ちゃんイオン液体が合成できたか確認するとき電磁波超電導コイルを使うがそれはまた別の話だ。基本的には混ぜるだけで作れる。

デカイオン融点が低いとは言ったが、デカけりゃデカイほどよいというものでもない。デカすぎると、静電気以外にもまた別の力が働いて固体になっちゃう(ファンデルワールス力といって、高校で習った人も多いだろう)。だから、ちょうどいい大きさというのが重要だ。具体的に言うと、ベンゼンくらいの大きさがちょうどいい。まあ炭素6個分くらいだ。デカさ以外にも融点を決める要因はいろいろあるが、余白が足りない。

イオン液体って何に使えるの?

イオン液体は、わりと特殊性質を持つ。それらの特殊性質のすべては、「イオン液体が陰イオン陽イオンからできているから」という理由で全て説明がつく。

まずひとつイオン液体全然蒸発しない。マジで蒸発しない。全然だ。厳密に言うと全く蒸発しないわけではないらしいが、ほとんど誤差レベルしか蒸発しない。だから防毒マスクを付けないで扱っても安全だ。これは保証しよう。蒸発しないから吸い込むことすらできない。蒸発しない理由簡単で、イオン蒸発しようとすると静電気が働いて蒸発しようとしたイオンを引っ張るからだ。静電気で引っ張り合っているからどう頑張っても蒸発することができない。まあ塩(エン)が蒸発しないことは、食塩とか重曹匂いがないことからもわかっていただけるだろう。

蒸発しないと何がいいのかっていうと、宇宙で使うことができるということだ。宇宙真空から普通の液体はすぐに蒸発してなくなってしまう。でもイオン液体蒸発しない。だから、例えば宇宙船の可動部に塗りたくる潤滑油として使うことができる。

もうひとつ。まったく燃えないというのもデカい特徴だ。マジで燃えない。燃えない理由簡単で、蒸発しないからだ。蒸発しないか燃えない。それだけの話しだ。有機物燃え現象というのは、有機物が気化したもの燃えているだけに過ぎない。アルコールを燃やす一見液体が燃えているように見えるが、実際は液体から気化したアルコール分子燃えているだけだ。液体自体は燃焼を起こさない。イオン液体は気化しないか燃えない。簡単な話だ。もし我がラボ燃えたらイオン液体ぶっかけて消火しようと企んでいるのだが、今の所火災はない。喜ばしいことだ。難燃性だと何が良いかというと、バッテリーの電解液に使うことができる。バッテリーの電解液は普通有機溶媒でできている。有機溶媒はメッチャ燃える。だからスマホとかモバイルバッテリー燃えるし爆発する。一方でイオン液体燃えいから、イオン液体バッテリーを作れば燃えないバッテリーがいっちょ上がりだ。もちろん実用化の上で課題は多いから、もっともっと研究必要だ。

さらに一つ。電気伝導度が高い。液体なのに電気を通す。だから同じくバッテリーの電解液に使えるんじゃないかと言われている。

仕上げにもういっちょ。イオン液体静電気を持つイオンからできているから、水とかアルコールとかアセトンとかテトラヒドラフランとかヘキサンみたいな普通の液体とは根本的に違う。だからイオン液体の中で化学反応を起こせば、普通の液体では起こらなかったスゴい特殊化学反応が起こせるかもしれない。普通の液体を使ってメッチャ手間暇をかけて合成していた医薬品プラスチックなんかが、イオン液体を使えば一発で作れる可能性があるかもしれない。イオン液体しか起こせない反応というのも結構報告されているし、オレの専門もイオン液体を使った新しい反応を開発することだ。

この通り、イオン液体結構使えるシロモノだ。でも、研究が十分に進んでいるとは言えない。もっともっと研究が進んで、イオン液体実用化されて、お薬がちょっぴり安くなったり、スマホがちょっぴり軽くなったり、モバイルバッテリーが爆発しなくなったりすると良いなあと思っている。名前だけでも覚えてくれたら幸いだ。

2018-01-22

融雪剤に触ると炎症を起こす

融雪剤に使われる塩化カルシウムという有害物質を食物に使って販売している業者があるらしい

俺は間違っても買わないぞ!

anond:20180122154408

http://www.jma-net.go.jp/tokyo/sub_index/kiroku/kiroku/data/64.htm

年に10前後の降雪で積雪となればもっと少ない

インフラ整備ならびに維持費を掛けるぐらいなら

雪そのもの融雪剤なりなんなりを撒いた方が安くね?

2014-02-16

山梨

山梨生産拠点置いてる企業

ファナックウォーターD、ルネサスパナソニック(ビルドアッププリント配線板)、三井金属(自動車部品)、日立製作所(走行制御システム)、ティアックトヨタ自動車TDK(アモルファスシリコン太陽電池)

食品系で山梨生産拠点ある企業

アサヒHD(サントネージュワイン)

サッポロHD(ワイン)

メルシャン(ワインキリン傘下)

キユーピー(おかゆ、マヨネーズ)

サントリーBF(天然水)

NEC山梨(光海底中継装置)

パイオニアマイクロテクノロジー(半導体)

金沢村田製作所(高周波デバイス)

富士通アイ・ネットワークシステムズ(ルーター等のネットワーク機器)

富士電機(磁気記録媒体)

シチズンセイミツ(自動車部品)

東京エレクトロン山梨

キトー

着雪や凍結対策で用いられる融雪剤融雪剤メーカーで有名な関東化学は残念ながら非上場

ですが、融雪剤の主力成分であるソーダ灰や塩化カルシウムメーカートクヤマがあります

また、塩カル製造中止予定のセントラル硝子も、トクヤマと共同で販売会社を14年4月設立予定です。

円高が是正された事により、輸入が多かった塩化カルシウムは販売単価が上昇しているという背景から値上げが行われるとの報道が去年の夏にありました。

ただ自治体が主要顧客の為、あまり値上げには期待できないかもしれません。

他に塩化カルシウムの製造を行っている上場企業東ソーがあります

よって、融雪剤から関連銘柄を探して遊ぶのには困難かと思われます

販売先であるホームセンターの売上には貢献しそうです。

ただ、月次発表している企業が少ない為、確認し辛いのが難点です。

同じく、カー用品店の月次発表も行っている企業は少ないです。

主な関連銘柄の月次発表予定日

(ホームセンター)

ダイユー8…3/5引 バロー…3/5後

(カー用品店) ウェッズ…3/7〜14引 フジ・コーポレーション…3/4バラバオートバックスセブン…3/7引

モノタロウ

 
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