【コラム】化学の歴史―第4部

マイケル・ファラデー(1791~1867年)は、質素な家庭で育ちました。彼が製本の見習いを始めたのは14歳の時でした。若きファラデーは、製本のために受け取った数多くの著作物を読み、こうして科学だけでなく文学や芸術についても独学で学びました。製本工房のある顧客が、この好奇心旺盛な見習いに気づき、自らの父親にこのことを話しました。すると父親は、ファラデーを、電気化学の先駆者ハンフリー・デービーによる複数の講義に連れて行きました。その直後、ファラデーはデービーのもとで働き始めました。

彼の助手として、ファラデーはデービーとともにヨーロッパ各地を旅し、共に実験を行い、数多くの影響力ある科学者たちと出会いました。イギリスに戻った後も、ファラデーは化学者としての研鑽を積み続け、1833年には化学の教授となりました。この時期、彼は電気分解の基本法則を研究しました。これらは電気化学の基礎を形成し、19世紀後半には、水力発電所に立地するプラントにおいて塩素、水素、アルミニウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウムといった製品を製造する電気化学産業の発展を可能にしました。

有機化学は、今や人工尿素の合成をはるかに超えたものとなっており、重要かつ急速に成長する産業となっていました。いずれも1860年代に創業したタール染料企業、BASF、バイエル、ヘキストは急速に成長し、世紀の変わり目を迎える前から既に数千人の従業員を抱えるようになっていました。19世紀末以降、タール染料産業は合成有機医薬品も開発するようになりました。例えばバイエルは、1898年にアセチルサリチル酸の副生成物のない合成法の特許を取得し、20世紀初頭からこの製品を「アスピリン」という名で販売しました。

基礎研究では、化学者たちはますます複雑な有機分子の研究に専念するようになりました。エミール・フィッシャー(1852~1919年)は、糖類やアミノ酸といった生物学的に重要な分子を研究しました。1890年、彼はグリセリンを基に、グルコース、フルクトース、マンノースという3種類の糖の合成を行いました。その後、彼はタンパク質の研究を行いました。この期間中、彼は新しいアミノ酸を発見し、それらを互いに結びつける結合の種類―彼が「ペプチド結合」と名付けたアミド結合―を解明しました[1]。

肥料の使用は、リービッヒがそれによって収量が向上することを実証して以来、農業全体においてごく一般的な慣行となっていました。植物の成長に必要な窒素は、主にグアノの形で肥料に加えられていました。これは、海鳥の排泄物が風化してできたものであり、特に降水量の少ない南米の海岸で、長年にわたり数メートルもの厚さの層を形成します。食料―そして肥料―への高い需要を満たすため、船いっぱいのグアノがヨーロッパへと輸入されていました。

しかしながら、グアノの輸入は人口の急速な増加にいつまでも追いつくことはできず、19世紀末には研究者たちが大気中の窒素を固定する方法を探し始めました。ドイツ人化学者フリッツ・ハーバー(1868~1934年)は、最終的に1909年に解決策を見出し、そのアンモニア合成により、西側世界で予言されていた飢饉を防ぎました。残念ながら、この開発はまた、ドイツによる第一次世界大戦中の化学兵器の生産も可能にしました。アンモニアは硝酸アンモニウムの製造に使用でき、これは弾薬に使用されていたためです。

ハーバー・ボッシュ法では、水素と窒素の反応によってアンモニアが生成されます。フリッツ・ハーバーは、高温・高圧条件下、そして触媒の助けを借りて、この合成を達成しました。カール・ボッシュ(1874~1940年)は、このプロセスの工業的な実装を開発しました。この目的のため、彼は高圧・高温両方の条件に耐えることができる、最先端の材料でできた特殊な装置を開発しました。

1914年、第一次世界大戦が勃発しました。関係国、そして中立国も、貿易ルートの封鎖に直面し、大部分を自給自足しなければなりませんでした。政府による組織化と支援のおかげで、これは世界中における産業研究の活況をもたらしました。フリッツ・ハーバー、ヴァルター・ネルンスト、エミール・フィッシャーをはじめとする、数多くの著名な科学者たちが戦争に積極的に関与するか、あるいはこれを支援しました。ハーバー・ボッシュ法に加え、戦前・戦中を通じて存在していた技術革新への圧力は、最初の合成ゴム、そしてマスタードガスや毒ガスのホスゲンももたらしました。アンモニア合成中に生成される塩素ガスも、第一次世界大戦中に化学兵器として使用されました。