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触媒は、自身は変化しないまま化学反応の速度を変化させる物質である。反応速度を上げるものを正触媒、下げるものを負触媒（阻害剤）と呼ぶ。触媒は反応の活性化エネルギーを変化させることで作用する。正触媒は活性化エネルギーを下げ、反応がより容易に進行するようにする。
触媒は特定の反応にのみ作用する選択性を持ち、反応経路を変えることで異なる生成物を得ることも可能にする。均一系触媒は反応物と同じ相に存在し、不均一系触媒は異なる相に存在する。酵素は生体触媒であり、生体内で様々な反応を促進する。触媒は工業的に広く利用され、生産効率の向上や環境負荷の低減に貢献している。
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アスコルビン酸(ビタミンC)は、デヒドロアスコルビン酸に酸化される過程で還元剤として働く。酸化の際、アスコルビン酸は2つのプロトン(水素イオン)と電子を放出し、これが他の物質を還元する。プロトンの放出により溶液は酸性になる。つまり、アスコルビン酸は自身を酸化することで、他の物質を還元する能力を持つ。
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水酸化ナトリウムの製造において、塩酸と水酸化ナトリウムは塩化ナトリウムの電気分解によって得られる。
電気分解では、塩化ナトリウム溶液に電流を流すと、水酸化ナトリウム、塩素ガス、水素ガスが生成される。塩素ガスと水素ガスは反応させられて塩酸が得られる。
この電気分解プロセスは複雑で、ガスの処理やその他の副産物の生成を伴う。水酸化ナトリウムの製造には、これらの副産物の適切な処理と廃棄が不可欠である。
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鉄の炭素量の違いで銑鉄、鋼、錬鉄と呼び名が変わる。銑鉄は炭素含有量が高く、酸と反応しやすい。塩化鉄(Ⅱ)製造では、鉄（おそらく銑鉄に近いもの）に塩酸を反応させる。反応式は Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ 。生成した塩化鉄(Ⅱ)水溶液に水酸化ナトリウムを加えると、水酸化鉄(Ⅱ)が沈殿する。反応式は FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂ + 2NaCl。つまり、水酸化鉄(Ⅱ)は鉄、塩酸、水酸化ナトリウムから製造可能。
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水酸化鉄(II)は工業的に還元剤として利用される。ニトロベンゼンをアニリンに還元する反応や、硝酸イオンをアンモニアに還元する反応が代表例である。アニリンはゴムや農薬の合成に重要な中間体である。これらの反応において、水酸化鉄(II)は酸化されて酸化水酸化鉄(III)となる。つまり、水酸化鉄(II)が電子を提供することでニトロ基(-NO2)をアミノ基(-NH2)に変換する役割を果たす。
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二価鉄は酸素があると容易に酸化されて三価鉄になるため、扱いが難しい。食品や医薬品では二価鉄の還元力を利用することがあり、貧血治療薬としても使われる。しかし、酸化による品質劣化を防ぐため、製造工程や保管には工夫が必要となる。例えば、酸素を遮断した環境での製造や、抗酸化剤の添加、適切な包装などが重要となる。二価鉄の酸化は、食品の変色や風味劣化にも繋がるため、食品業界でも酸化防止対策が不可欠である。このように二価鉄は有用な特性を持つ一方、酸化を防ぐための注意深い管理が必要とされる物質である。
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かんらん石は風化により、2価鉄が溶け出して水酸化鉄に変化する。また、ケイ酸も溶出し、重合して粘土鉱物に近づく。一次鉱物のかんらん石は二次鉱物として緑泥石を経てバーミキュライトになる。この反応では、かんらん石のアルミニウム以外の成分が溶脱し、ケイ酸は重合して粘土鉱物の形成に関与する。
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水田からのメタン発生抑制のため、使い捨てカイロの活用を提案する。メタン生成は鉄や硫酸イオンの存在下では抑制される。使い捨てカイロには酸化鉄と活性炭が含まれており、土壌に投入するとメタン生成菌を抑え、鉄還元細菌の活動を促す。さらに、活性炭は菌根菌を活性化し、土壌環境の改善にも寄与する。使い捨てカイロの有効活用は、温室効果ガス削減と稲作の両立を実現する可能性を秘めている。
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鶏糞堆肥の多用は、高EC、高石灰、高リン酸を引き起こし、植物のミネラル吸収を阻害する。特に高石灰は鉄の吸収を妨げ、光合成の質を低下させる。石灰質土壌では、イネ科植物は鉄不足に対抗するため、植物シデロフォアを分泌して鉄を吸収するストラテジーⅡ型を持つ。鶏糞堆肥とイネ科緑肥の組み合わせは、緑肥が土壌中の鉄を有効化し貯蔵することで、鶏糞堆肥のデメリットを補う有効な手段となる可能性がある。つまり、イネ科緑肥は過剰な石灰による鉄欠乏を防ぎ、健全な生育を促進する役割を果たす。
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赤い川は土壌中の鉄分が水に溶け、鉄細菌の働きで水酸化鉄(Ⅲ)が生成されることで発生する。鉱山跡のズリ山に含まれる硫化鉱物が風化し硫酸を生成、土壌の鉄分を溶出させるケースもある。この硫酸は強い酸性で、周辺環境に悪影響を与える可能性があり、過去には鉱山からの硫酸流出で麓の産業が壊滅状態になった事例もある。質問者の畑付近にはマンガン鉱山跡が存在し、茶畑が広がっていることから、鉱山由来の酸性土壌が茶栽培に適した環境を提供している可能性が示唆される。赤い川周辺の植物には目立った生理障害は見られなかった。
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鉄細菌は、鉄イオン(Fe2+)を酸化鉄(Fe3+)に変換する過程で発生する電子を利用してエネルギーを得る土壌微生物です。水に溶けた鉄は水酸化鉄(Ⅱ)となり、鉄細菌はこれを水酸化鉄(Ⅲ)に酸化します。この酸化過程で生じた水酸化鉄(Ⅲ)は酸化皮膜となり、水面に油膜のような形で浮かびます。同時に、酸化鉄が沈殿することで川が赤く染まります。長い年月を経て、堆積した酸化鉄は褐鉄鉱となります。
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密封包装のお菓子に含まれる脱酸素剤を分解すると、砂鉄のような黒い粒子と白い石が出てくる。黒い粒子は磁気を帯びており、磁鉄鉱(Fe₃O₄)を含んでいると推測される。磁鉄鉱は鉄(II)と鉄(III)を含む酸化物である。
鉄の酸化を利用した身近な例としてカイロがある。カイロは鉄が水と酸素と反応し、水酸化鉄(III)になる際に発熱する。脱酸素剤もこの鉄の酸化作用を利用していると考えられる。
関連記事では、鉄の性質や用途、玄武岩に含まれる磁鉄鉱、ハードディスクの故障についても触れられている。
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水耕栽培では鉄分の供給が重要だが、従来の硫酸第二鉄はpHを大きく低下させるため、pH調整の手間が課題だった。そこで、pHに影響を与えずに鉄分を供給できるFe-EDTAが開発された。Fe-EDTAはpH4.0〜6.0で効果を発揮し、pH6.0を超えると鉄がキレートから離れ、肥料効果が低下する。このため、ロックウールの適正pHは5.5〜6.0に設定されている。肥料の中にはpHに影響を与えるものが多いので、使用時のpH計算は重要となる。
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堆肥の悪臭、特にアンモニア臭を鉄で消臭する方法について解説しています。アンモニアは鉄イオンと反応し、アンミン錯塩という錯体を形成、沈殿することで揮発を防ぎます。記事では二価鉄の使用が前提となっていますが、堆肥中の酸化還元反応により三価鉄も生成されるため、どちらにしろアンモニアを捕捉すると考えられます。つまり、鉄を加えることでアンモニアが堆肥内に封じ込められ、悪臭を抑制できるということです。