今回は「燃焼」について学ぶぞ。

ものが燃える、という現象は最も身近な化学現象のひとつです。ものが燃えるという現象を、化学的には「燃焼」という。ところでみんなはなぜ物が燃えるか知っているか?ものが燃えるには大事な要素が3つある。それは可燃物・熱・そして酸素です。

それでは燃焼と酸素の関係について、化学系科学館職員のたかはしふみかが解説していきます。

ライター/たかはし ふみか

高校は化学部、大学は工学部化学系の科学館職員。理科教育にかかわる仕事がしたかったので、科学館の仕事が大好き。

燃焼とは?どんな現象なの?

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まず、今回のテーマ「燃焼」について確認していきましょう。辞書で調べると燃焼とは次のように書かれています。

物質が空気または酸素の中で、光や炎をあげて燃える現象
(出典:コトバンク「燃焼」)

紙に火をつけると、燃えてやがて黒い炭となります。これが燃焼です。燃焼は激しい酸化熱と光を伴う化学反応とも呼ばれています。これは物を燃やすと可燃物が酸素と結びつく酸化という化学反応が起こり、化学エネルギー熱エネルギー光エネルギーが発生するためです。エネルギーと酸化についてはのちほど解説しますね。

燃焼に必要なものとは?

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冒頭でも言ったように、燃焼に必要な要素は3つあります。

可燃物

酸素

ここでバーベキューを思い浮かべてみましょう。バーベキューで火起こしをする時、まずマッチやライターで着火剤に火をつけて火起こし台に置きます。この着火剤が、火種の役割をしているのです。そして着火剤が燃えたらその上に炭を置き、うちわであおいで空気を送り込みますね。するとどんどん炭が燃えていきます。

この場合、炭が可燃物火が熱の役割を果たしているのです。そして送り込む空気に燃焼を助ける酸素が含まれています。

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燃焼の3要素、そのワケは?

燃焼の3要素、そのワケは?

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それでは燃焼の三大要素について掘り下げていきましょう。

1.可燃物~燃えるもの

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可燃物とは着火した火を燃やし続けることができる物体のことです。可燃物の例として、ロウソク、紙、可燃性ガスなどがあげられます。どれも燃えやすそうですね。そして継続的に燃焼する性質のことを、可燃性といいます。可燃性はどのように決まるのでしょうか。

可燃性の度合いの指標として発火点引火点があります。発火点とはその名の通り、自ら発火する最低温度のことです。一方、引火点は液体の可燃物に着火すると燃焼する最低の液温のことをいいます。ガソリンの場合、引火点は-40度、発火点は300度です。ガソリンスタンドで火を使うことが厳禁なのは、引火しやすいからなのですね。

2.熱~酸化反応のきっかけづくり

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燃焼に必要な熱をもたらす熱源(参考書などによっては点火源と表現している場合もあり)はマッチやライターなどの火、電熱線や太陽の光、静電気などがあげられます。

なぜ燃焼に熱が必要なのでしょうか?それは熱が可燃物と酸素を反応させ、燃焼のきっかけになると言う役割を担っているからです。外から加えられた熱によって可燃物と酸素が化合し、発生した反応熱によってさらに反応が連鎖的に進んでいきます。

3.酸素~助燃性

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燃焼を促進する物質の性質を助燃性支燃性)といいます。助燃性があるのは酸素だけではありません。オゾン ・ 亜酸化窒素 ・ 一酸化窒素なども助燃性を持っているのです。ですが、激しい酸化という言葉からもわかるように燃焼の要素としての助燃性物質は通常、酸素のことを指します。

酸素についてはこちらの記事をどうぞ。

「助燃性」と「可燃性」燃焼についてはこちらの記事をどうぞ。

\次のページで「燃焼の化学」を解説!/

燃焼の化学

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それでは燃焼という現象を化学的な視点で見ていきましょう。

燃焼とエネルギー

燃焼とは、可燃物と支燃物(酸素など、可燃物に結びついて可燃物を燃やすもの)が、結びつく化学反応です。そして化学変化が起こるとき、必ず熱の出入りが発生します。例えば燃焼熱は1molの物質が完全に燃焼した時に発生する熱、中和熱は中和によって1molの水が発生するときに発生する熱のことです。

塩酸に水酸化ナトリウム水溶液を加えて中和すると、熱が発生し溶液が温かくなります。これは中和が発熱反応だからです。一方、尿素を水に溶かすとその溶液は冷たくなります。これは尿素を水に溶かすときに起きる化学反応が吸熱反応だからです。さて、燃焼とエネルギーにはどんな関係があるのでしょうか。

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可燃物が熱を受け取ると、物質の構成粒子が行う熱運動のエネルギーが増えます。熱運動のエネルギー増えると粒子の運動は激しくなり、可燃物と酸素分子が衝突しやすくなるのです。そして衝突した可燃物と酸素分子の化学結合が変化して酸化物質となります。

原子の組み換えが起こるど、物質が持つエネルギーはどうなるのでしょうか。組み換えによって化学物質はより安定した構造となり、物質が持つ化学エネルギーは小さくなります。前後の物質が持つ化学エネルギーの差が熱や光のエネルギーとして放出されるのです。さらに化学反応によって発生した熱によって残りの可燃性物質と酸素が結びつく化学反応が起こる、と言うように連鎖的に組み換えが連鎖的に起こります。これが燃焼のメカニズムなのです

酸化とはどんな現象?

つづいて、酸化反応について解説します。酸化とは物質が酸素と化合する反応のことです。正確には物質が電子を失うことや水素が奪われる化学反応も酸化ですが、今回は燃焼がテーマという事で酸素と化合することに注目して解説していきます。

酸化還元について詳しく知りたい人にはこちらの記事がおすすめです。

それでは水素( H2)を例に酸化を考えていきましょう。水素を燃焼させると、酸化してとなります。化学でおなじみの水の化合の式がこちらです。

2H2 + O2 → 2H2O

水素の燃焼実験は実験用の水素と酸素の卓上ボンベがあれば簡単にできます。シャボン液を薄く塗った時計皿にシリンジを使って水素と酸素が体積比2:1となるように注入し、ライターなどで火をつけることで水素を燃焼させることができるのです。

簡単にできる実験ですが、かなり大きな音がします。そのため、実験するときには周囲への配慮が必要です。また、学校で行う燃焼実験としてスチールウールマグネシウムリボンの燃焼があげらます。

完全燃焼と不完全燃焼

冬に寒くて締め切って換気が不十分な部屋でストーブを使った結果、一酸化炭素中毒が起きたというニュースを聞いたことがないでしょうか?エタノールやメタンガス、炭素を含む物質を完全に燃焼すると二酸化炭(CO2)が発生します。しかし、酸素が十分にない場合完全に酸化することができません。そのため不完全燃焼が起き、一酸化炭素(CO)が発生してしまうのです。

二酸化炭素といえば地球温暖化現象の原因物質としてマイナスなイメージを持っている人も多いでしょう。しかし、ドライアイスや炭酸の素として使われていることからわかるように、人間に有害なものではありません。一方、一酸化炭素が体内に入ると血液の酸素運搬能力が低下する一酸化炭素中毒を引き起こします。

二酸化炭素と一酸化炭素についてはこちらの記事をどうぞ。

燃焼の三大要素

燃焼の3つの要素、可燃物・熱・酸素。可燃性のある可燃物に対し、酸素には助燃性があります。どれか一つでも欠けると燃焼を続けることができません。そのため消火するときは酸素を遮断したり、水をかけて温度を冷やすといった方法が有効です。

燃焼は化学反応の基本で、火起こしや調理などで最も目にする機会も多い化学反応とも言えます。これを機に、燃焼のメカニズムを確認してみてくださいね。

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化学理科

物が燃える条件とは?燃焼と酸素の関係を化学系科学館職員がわかりやすく解説

今回は「燃焼」について学ぶぞ。

ものが燃える、という現象は最も身近な化学現象のひとつです。ものが燃えるという現象を、化学的には「燃焼」という。ところでみんなはなぜ物が燃えるか知っているか?ものが燃えるには大事な要素が3つある。それは可燃物・熱・そして酸素です。

それでは燃焼と酸素の関係について、化学系科学館職員のたかはしふみかが解説していきます。

ライター/たかはし ふみか

高校は化学部、大学は工学部化学系の科学館職員。理科教育にかかわる仕事がしたかったので、科学館の仕事が大好き。

燃焼とは?どんな現象なの?

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まず、今回のテーマ「燃焼」について確認していきましょう。辞書で調べると燃焼とは次のように書かれています。

物質が空気または酸素の中で、光や炎をあげて燃える現象
(出典:コトバンク「燃焼」)

紙に火をつけると、燃えてやがて黒い炭となります。これが燃焼です。燃焼は激しい酸化熱と光を伴う化学反応とも呼ばれています。これは物を燃やすと可燃物が酸素と結びつく酸化という化学反応が起こり、化学エネルギー熱エネルギー光エネルギーが発生するためです。エネルギーと酸化についてはのちほど解説しますね。

燃焼に必要なものとは?

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冒頭でも言ったように、燃焼に必要な要素は3つあります。

可燃物

酸素

ここでバーベキューを思い浮かべてみましょう。バーベキューで火起こしをする時、まずマッチやライターで着火剤に火をつけて火起こし台に置きます。この着火剤が、火種の役割をしているのです。そして着火剤が燃えたらその上に炭を置き、うちわであおいで空気を送り込みますね。するとどんどん炭が燃えていきます。

この場合、炭が可燃物火が熱の役割を果たしているのです。そして送り込む空気に燃焼を助ける酸素が含まれています。

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