【高校化学】アルミナの融解塩電解とは？製法・仕組み・ポイントをわかりやすく解説

高校化学で登場する「アルミナの融解塩電解」は、アルミニウムの工業的製法として非常に重要な単元です。酸化アルミニウム（アルミナ）を氷晶石に溶かして電気分解するこの方法は、計算問題や化学反応式とともに理解しておくべきポイントが多数あります。本記事では、融解塩電解の仕組み、陽極・陰極での反応、注意すべき点などを流れに沿ってわかりやすく解説します。

アルミニウムの製錬！融解塩電解

アルミニウムAlの単体は、酸化アルミニウムが主成分であるボーキサイトから精製されるAl₂O₃酸化アルミニウム（アルミナ）を融解塩電解することで得られます。融解塩電解とは、Al₂O₃を高温で融解させ、電気分解することです。

1. ボーキサイト
   ↓精製
2. 酸化アルミニウム（アルミナ）
   ↓融解塩電解
3. アルミニウムAl

アルミニウムAlはイオン化傾向が水素Hよりも大きい金属です。したがって、Al³⁺が入っている水溶液を電気分解してもH⁺が反応してH₂が陰極に発生してしまします。

そのため、水溶液を電気分解するのではなく、アルミナAl₂O₃を高温で融解させ、電気分解することでアルミニウム単体を得ます。

氷晶石

酸化アルミニウム（アルミナ）の融点は約2000℃と非常に高く、融解させるだけでもかなりのエネルギーを必要とします。そこで、氷晶石Na₃AlF₆を一緒に融解し、アルミナの融点を約1000℃まで下げます。

陽極と陰極での変化

融解塩電解では、陰極と陽極に炭素棒Cを使います。酸化アルミニウム（アルミナ）Al₂O₃を融解すると次のように電離します。

• Al₂O₃→2Al³⁺+3O^2-

陽極

陽極ではO^2-が反応し、Oができますが、高温のため直ちに陽極の炭素Cと反応してCOやCO₂が発生します。陽極の炭素棒は減っていきますので、その都度補充が必要です。

• O^2-+C→CO+2e^–
• 2O^2-+C→CO₂+4e^–

陰極

陰極ではAl³⁺+が反応しアルミニウム単体Alが生じます。

• Al³⁺+3e^–→Al

このようにアルミニウムの製錬には、非常に多くの電気エネルギーを必要としますので、リサイクルが進められています。