1909年ノーベル化学賞
受賞理由
触媒作用、化学平衡および反応速度に関する研究
受賞者
ドイツ帝国
解説
私たちの身の回りでは、ものが変わる「化学反応」が毎日起きています。例えば牛乳が酸っぱくなるのも反応の一つです。オストヴァルトさんは、反応が早く進んだりゆっくり進んだりする理由を調べました。反応を手伝う「触媒」という物質があると、反応はぐんと速くなります。彼は触媒の働き方や、反応が止まる位置（化学平衡）を詳しく調べて、実験で確かめました。この研究のおかげで、今日の薬や肥料の作り方がずっと上手になりました。
関連キーワード
触媒作用
触媒作用とは、化学反応の速度を大きく変えるが、反応の最終的な平衡組成には影響を与えない現象です。触媒は反応経路に新たなステップを作り、活性化エネルギーを低下させます。工業プロセスでは、白金やニッケルなどの金属触媒がアンモニア合成や水素化反応などに用いられています。生体内では酵素と呼ばれるタンパク質が触媒として働き、生命活動を高速でかつ温和な条件で成立させています。触媒作用の理解は、エネルギー効率向上や環境負荷低減を実現する鍵技術です。
化学平衡
化学平衡は、正反応と逆反応の速度が等しくなり、組成がmacroscopicには変化しなくなる状態を指します。オストワルトは平衡が「静止」ではなく「動的」な状態であることを強調しました。平衡定数Kは温度のみの関数で、ギブズ自由エネルギー変化ΔG°と−RT lnKの関係で結ばれています。ルシャトリエの原理により、圧力や温度などの条件を変えると平衡が移動し、生成物の収率をコントロールできます。化学平衡の概念は、合成化学から生体代謝、地球化学に至るまで広範囲に応用されています。
反応速度
反応速度は単位時間あたりに変化する物質量や濃度で表され、産業プロセスの設計に直結するパラメータです。オストワルトは速度式を導入し、濃度依存性に基づいて反応次数を定義しました。温度依存性は後にアレニウス式で記述され、活性化エネルギーの概念につながります。測定手法には色度測定、導電率測定、分光分析などがあり、反応の種類に応じて選択されます。反応速度論は触媒開発、環境浄化、燃焼制御など多岐の分野で基礎情報を提供します。
質量作用の法則
質量作用の法則は、反応速度が反応物の濃度の積に比例するという経験則です。ファントホッフとグルベリにより提唱され、オストワルトの定量実験で裏付けられました。この法則は平衡定数の導出にも用いられ、平衡組成予測の出発点となります。非理想系では活量を用いる拡張が必要で、熱力学的活動係数の概念と結び付けられています。質量作用の法則は化学反応ネットワーク解析や系統生物学モデルでも根本となる理論です。
オストワルト希釈律
オストワルト希釈律は、弱電解質の電離度αと濃度Cを結び付け、K_d=α^2C/(1-α)で表します。希釈に伴う導電率測定から電離定数を求めることができるため、酸・塩基の強さ比較に用いられます。電解質溶液の理論が未発達だった19世紀末において、この律は平衡論と電気化学を橋渡しする画期的な成果でした。高濃度になるとイオン対や静電相互作用が無視できず、律からの逸脱が見られますが、その解析が後のDebye–Hückel理論へとつながりました。現代でも分析化学の基礎実験で頻繁に扱われ、物質定数データベースの構築に貢献しています。