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'''ソルベイ法''' （{{lang-en-short|Solvay process}}）とは、[[ガラス]]の原料である[[炭酸ナトリウム]]の工業的製法。[[電気分解]]が必要ないため、低コストで生産できる方法である。副材料の[[アンモニア]]と[[二酸化炭素]]を回収し再利用できるといった特徴も持っている。[[1861年]]に[[ベルギー]]の[[化学者]][[エルネスト・ソルベイ]]が考案したことがソルベイ法の名称の由来であり<ref name=chem>{{Cite book|和書|author=米田幸夫|editor=化学大辞典編集委員会(編)|title=化学大辞典|volume=1|pages=533頁|edition=縮刷版第26版|publisher=共立|year=1981|month=10}}</ref>、[[1867年]]に実用化された。原料としてアンモニアを用いることから、'''アンモニアソーダ法'''とも呼ばれる<ref name=chem/>。[[電離]]しにくい二酸化炭素をアンモニア水で電離させるのがこの方法の主要な部分である。

== 化学的作用 ==
[[ファイル:ソルベー法.svg|thumb|right|450px|ソルベイ法のフローシート]]
原料として[[石灰石]]（[[炭酸カルシウム]]）・アンモニア・[[塩|食塩]]（[[塩化ナトリウム]]）・[[水]]を用いる。工程としては、食塩水をアンモニア塩基性条件下で二酸化炭素と反応させて炭酸水素ナトリウムとし（炭酸化）、それを[[煆焼]]することで炭酸ナトリウムを得る本工程と、反応に必要な二酸化炭素を得るために石灰石を[[コークス]]と共に焼成する工程および、それぞれの工程で副生した塩化アンモニウムと水酸化カルシウムと反応させてアンモニアとして回収するアンモニア蒸留工程の3工程よりなる<ref name=chem/>。

まず石灰石をコークスとともに石灰炉で1000℃に加熱して二酸化炭素を発生させる<ref name=chem/>。この方法は大量の二酸化炭素が必要な時に用いられる。
: <chem>CaCO3 -> CaO\ + CO2 \uparrow</chem>
: <chem>C\ + O2 -> CO2 \uparrow</chem>

次に食塩を水に飽和させ、そこへアンモニアを十分に溶かした後に二酸化炭素を通じると、[[溶解度]]の低い[[炭酸水素ナトリウム]]が沈殿する。ここで発生した塩化アンモニウムは後述のアンモニア蒸留工程に回され、水酸化カルシウムと反応させてアンモニアとして再回収される。
: <chem>NaCl\ + H2O\ +NH3\ + CO2 -> NH4Cl\ + NaHCO3 \downarrow</chem>

沈殿した炭酸水素ナトリウムを取り出し、[[熱分解]]して炭酸ナトリウムを得る。ここで発生した二酸化炭素は回収して先ほどの工程に戻すので、一部が再利用される。
: <chem>2NaHCO3 -> Na2CO3\ + H2O\ + CO2 \uparrow</chem>

最初に生成された[[酸化カルシウム|生石灰]]は水と反応させ、[[水酸化カルシウム|消石灰]]とする。
: <chem>CaO\ + H2O -> Ca(OH)2</chem>

消石灰と[[塩化アンモニウム]]を反応させるとアンモニアが回収され、2段目の工程に再利用できる。すなわち理論上、アンモニアは全て回収され消耗しない。
: <chem>Ca(OH)2\ + 2NH4Cl -> CaCl2\ + 2H2O\ + 2NH3 \uparrow</chem>

上記の反応を行わず、得た塩化アンモニウムを[[肥料]]として利用することもある<ref>{{Cite web|和書|title=戦間期東アジアにおける化学工業の勃興|url=https://web.iss.u-tokyo.ac.jp/kyoten/research/images/200503_02.pdf|author=峰毅|page=33|format=pdf|accessdate=2023-02-10}}</ref>。ただしこの場合アンモニアは回収されず、商品に含まれて出荷される。また[[塩化カルシウム]]は中性の[[乾燥剤]]・[[除湿剤]]としても使われる。

この反応を一つにまとめると
: <chem>2NaCl\ + CaCO3 -> CaCl2\ + Na2CO3</chem>

となる。 この反応は直接には起こらない（炭酸カルシウムは難溶であり沈殿するから、逆反応が極めて起こりやすい）。直接には起こらない反応をいくつかの段階を経て実現したのが、ソルベイ法の最大の特徴である。この工程から発生する主な廃棄物は塩化アンモニウムをアンモニアとして回収する際に生じる塩化カルシウムの溶液のみであり、このような廃棄物が少ない点もソルベイ法の特徴の一つである<ref name=chem/>。ナトリウムベースでの工業的な収率はおよそ70%であり、これは中間生成物の炭酸水素ナトリウムの一部が水に溶解してしまうためである<ref>[[#足立岩倉馬場2004|足立、岩倉、馬場 (2004)]] 28頁。</ref>。

== 工業的歴史 ==
ソルベイ法が実用化される以前に利用されていた炭酸ナトリウムの工業的生産法としては[[ルブラン法]]があった。しかし、ソルベイ法はルブラン法に比べて得られる生成物の純度が高く、廃棄物が少なく低コストに抑えられるなど商業的に優れていたため、ソルベイ法による炭酸ナトリウムの製造工場が1872年にイギリスに建設されて以降急速にソルベイ法が世界中に広まりルブラン法に代わって主流となった<ref>[[#足立岩倉馬場2004|足立、岩倉、馬場 (2004)]] 26頁。</ref>。

1938年に[[トロナ]]の大規模な天然鉱床が[[アメリカ合衆国]]で発見され、炭酸ナトリウムを安価に得ることができる現在では、ソルベイ法はかなり衰退した。また[[塩化ビニル]]などの原料として多量の[[塩素]]が必要とされる現代では、食塩水の電気分解により生じる[[水酸化ナトリウム]]が余剰になるため、水酸化ナトリウムの二酸化炭素による中和で製造される炭酸ナトリウムの量も無視できないほど多く、これもソルベイ法の衰退の原因の一つである。

== 出典 ==
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== 参考文献 ==
* {{Cite book|和書|author=足立吟也、岩倉千秋、馬場 章夫|year=2004|title=新しい工業化学-環境との調和をめざして|ref=足立岩倉馬場2004|isbn=4759809554}}

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[[Category:化学プロセス]]
[[Category:無機反応]]
[[Category:人名反応]]
[[Category:エルネスト・ソルベイ]]