1906年ノーベル化学賞
受賞理由
フッ素の研究と分離、およびモアッサン電気炉の製作
受賞者
フランス
解説
1. 歯みがき粉に使われるフッ素は、昔は取り出すのがとても難しい元素でした。2. アンリ・モアッサンは電気を流して薬品を分ける方法（電気分解）で、世界で初めてフッ素だけを取り出すことに成功しました。3. 彼はまた、砂のような粉をとても高い温度にできる特別なかまど（モアッサン電気炉）も作りました。4. このかまどは火ではなく電気の力で数千度にまで熱くなるため、普通の炉ではできない実験ができました。5. そのおかげで、新しい金属や宝石のもとになる物質を調べられるようになり、科学が大きく進歩しました。
関連キーワード
フッ素
フッ素は元素記号F、原子番号9のハロゲン元素で、常温では淡黄色の毒性気体として存在します。地殻中にはフッ化カルシウムなどの鉱物の形で含まれ、単体は極めて反応性が高く自然界に遊離状態では存在しません。工業的にはアルミ精錬や高性能冷媒の原料として不可欠です。また、歯科医療でむし歯予防に使われるフッ化物イオンの源でもあります。モアッサンが単離に成功するまで、多くの科学者が爆発や中毒事故で苦しみ“悪魔の元素”と呼んでいました。今日のフッ素工業と有機フッ素化学の発展は、この単離なくして語れません。
電気分解
電気分解は電流を流して化学結合を切り、物質を陽極と陰極で分解・生成させる方法です。ナトリウムの製造や水の分解などに広く利用され、19世紀の電気化学を牽引しました。フッ素の単離では、水の存在が酸素とオゾンを発生させ爆発の危険を高めるため、完全無水条件での電気分解が不可欠でした。モアッサンは低温かつ無水の液体HFを電解液とし、白金-イリジウム電極で高い電流密度を維持して成功しました。この成功例は電気分解プロセス設計の安全管理と溶媒選択の重要性を示す代表的な事例となっています。
モアッサン電気炉
モアッサン電気炉は、黒鉛電極間にアーク放電を生じさせて3,500℃以上の高温を得る装置です。火炎炉よりもはるかに高い温度を安定して維持でき、カルバイドや窒化物など高融点化合物の合成に革命をもたらしました。炉壁として用いる黒鉛は高温での熱伝導性と耐熱性に優れ、同時に還元雰囲気を提供します。後の電気アーク炉やプラズマ炉の設計モデルとなり、合成ダイヤモンド研究にも応用されました。今日のカーボンアーク法や超硬材料製造技術の先駆けと言えます。
ハロゲン元素
ハロゲン元素は周期表17族に属するフッ素・塩素・臭素・ヨウ素・アスタチンの総称で、“塩を生むもの”という意味があります。これらは1価の陰イオンを形成しやすく、強い酸化力や殺菌効果を示します。フッ素はハロゲンの中で最も電気陰性度が高く、他の元素と激しく反応します。塩素消毒やヨウ素の医薬品など、暮らしや医療に欠かせない役割を担います。モアッサンのフッ素単離は、ハロゲン化学の最も困難な課題を解決した出来事として位置づけられています。
フッ化物
フッ化物はフッ素が他の元素と結合した化合物で、アルミ電解精錬の融剤や高性能リチウム電池の電解質など多岐に利用されます。歯のエナメル質を強化するフッ化ナトリウムは、公衆衛生の向上に寄与しています。一方で一部フッ化物は猛毒であり、適切な管理が欠かせません。フッ素単離の成功によって、フッ化物化学が体系立てて研究されるようになりました。近年ではフッ化物ナノ粒子の蛍光特性や固体電解質としての応用が注目されています。
高温冶金
高温冶金は鉄鋼や特殊合金を製造するために2,000℃以上で行う材料プロセスの総称です。炭素やカルシウムなどの元素を添加し、金属間化合物を制御することで所望の強度や耐食性を実現します。モアッサン電気炉はかつて達成不可能だった温度領域を開拓し、クロムやバナジウムを含む超合金研究の先駆けとなりました。その後のエレクトロスラグ再溶解やプラズマ溶解は、この技術的系譜に位置づけられます。現代のジェットエンジンやロケットノズル材の基礎を築いた分野です。
人工ダイヤモンド合成
ダイヤモンドは高圧・高温で炭素原子が結晶化して生まれます。モアッサンは電気炉で溶融鉄に炭素を溶かし急冷する実験を行い、微小ながらダイヤモンドらしき結晶を得たと報告しました。後に超高圧装置が開発され、本格的な人工ダイヤモンド製造が産業化されますが、モアッサンの試みは草分け的研究でした。現在の化学気相成長（CVD）法や高温高圧（HPHT）法は、彼のアイデアを発展させたものと言えます。人工ダイヤモンドは研磨材から量子センサーまで幅広く活用されています。