化学物質の状態・構成・変化理科

反応熱を理解する鍵!「発熱反応」について元塾講師が解説

よぉ、桜木建二だ。今回は反応熱の中でも「発熱反応」について詳しく勉強していこう。

前回大まかな説明はしたが覚えているか?今回は具体例を主に挙げていくぞ。

発熱反応の理解は中学・高校へと理解を深めるためには必要不可欠だ。化学に詳しいライターAyumiと一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

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ライター/Ayumi

理系出身の元塾講師。わかるから面白い、面白いからもっと知りたくなるのが化学!まずは身近な例を使って楽しみながら考えさせることで、多くの生徒を志望校合格に導いた。

1.発熱反応とは

発熱反応における反応熱は燃焼熱、中和熱、溶解熱などが挙げられましたね。

水酸化ナトリウムと塩酸の中和は実験でもおなじみですが、実はこの反応中には熱が発生しているのです。また、塩酸は塩化水素の水溶液でしたね。工場でこれを生成する際には多量の溶解熱が発生するため、多量の冷却水が必要になります。

燃やすだけではなく、様々な化学変化や工程を経て、発熱反応が起こっていることを覚えておきましょう。ただ丸暗記するのではなく、皆さんの周りにある事例を一緒に理解したいですね。

2.身近な発熱反応

image by iStockphoto

それでは実際に身の周りにある発熱反応の例を解説します。中学レベルでは前回解説したような種類よりも具体例で覚えておくのがいいでしょう。吸熱反応よりもテストに出やすいので要チェックですよ。

2-1.燃焼

2-1.燃焼

image by Study-Z編集部

燃焼は中学理科で最初に習う化学反応ですね。ご存知の通り、物質が酸素と結び付くことで燃えるという反応です。

炭素を含む有機物を燃やす場合、その構成元素は水や二酸化炭素となって空気中に放出されます。金属の燃焼では酸化鉄や酸化銅などの酸化物ができることを学びましたね。その際に燃えるという現象が起こるわけです。燃えるということは火が生じますから、当然発熱反応であることがはっきりするでしょう。

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ちなみに、生物学では人が食品を栄養として吸収し、エネルギーを作りだすことは呼吸というぞ。

image by Study-Z編集部

確かに呼吸、つまり人体においての消化の過程も発熱反応といえるでしょう。人がご飯を食べてエネルギーを得るからこそ、身体を動かすことに繋がります。燃焼は反応前の物質が熱や光といったエネルギーとともに反応物へと変わっていくものですが、呼吸は酵素のはたらきを用いることで体温という比較的低い温度で効率良く反応を進め、有機物を効率良く分解することでエネルギーを得るものです。高校では生物と化学が教科として分かれますが、共通点と相違点を覚えておくとそれぞれの理解に役立ちそうですね。

2-2.かいろ

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Suricata自ら撮影, CC 表示-継承 3.0, リンクによる

燃焼というのは酸化反応の中の1つでしたね。そして忘れてはいけないのは、酸化には激しい酸化・いわゆる燃焼と穏やかな酸化・さびの2種類があるということです。

かいろは鉄が酸化鉄になる過程で発生する熱を利用したものでしたね。長時間丁度いい温度が保たれるような調整がされているのです。

かいろやさびのような反応がゆっくりなもの、ごくわずかな発熱量の発熱反応は発熱していること自体がわかりにくいものが多々あります。いろいろ調べてみると面白そうですね。

3.発熱反応なのに発電・発光?

「発熱」反応というからには、基本的には熱が発生する反応であることをまずは理解しておきたいですね。しかし、放出されるエネルギーの主たるものが常に熱であるとは言い切れません。エネルギーを電気や光として効率良く取り出すことのできるものが、身近にたくさんあるのに気付いていますか?

3-1.電池

image by iStockphoto

電池の中では複雑な化学反応が起こっています。難しい説明は別の記事を見ていただくとして、今回考えてみてほしいのはその反応過程です。

反応物(電池の中身)は生成物になる(消費されていく)過程において、電気エネルギーを放出します。電池というのは、化学反応によって電気エネルギーが取り出せることに着目して製造された商品です。

普段使っているスマートフォンやゲーム機など、電池やバッテリーから電力を得ているものはたくさんありますね。これらを長く使用すると、それらの機器本体にどんな変化が起こるでしょうか?

 

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たまにニュースにもなっているから知っているやつも多いんじゃないか?

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