どうして火が熱くて、氷は冷たいの…?
もちろん火は熱いですし、氷は冷たいもですが…
単純に、どうして熱かったり冷たかったりするのでしょうか…?
地球上にあるものは全て原子(げんし)※や分子(ぶんし)※からできているのですが、
目に見えていないだけで、空気中には原子や分子の微粒子がフワフワと自由に
動き回っています。
※原子… 全ての物の元となる成分元素118種類の性質を失わない物質を構成する最小単位。約1憶分の1cm。
※分子… 原子が化学結合〔原子などの結び付き〕した、物質としての機能をもつ最小の構成単位。
人間は何から出来ている?原子、細胞… 成分で換算すると人間の値段は…
このように自由に動き回っていることを【熱運動(ねつうんどう)】というのですが、
激しく動き回っていれば《熱く》なり、ゆっくり動き回っていれば《冷たく》なります。
例えば、ロウソクの火に触れば熱いですが、
それは、ロウソク〔炭素や水素など〕の原子と、酸素〔空気中の酸素〕の原子
の微粒子〔目に見えないほどの小さいつぶ〕が、化学反応〔他の物質に変わる現象
※後ほど詳しく…〕によりすごい勢いで動き回っているため《熱く》なっているのです。
【絶対零度】と【絶対熱】
ちなみに、この原子や分子の熱運動の止まった状態のことを【絶対零度】という
のですが、その絶対零度である(-273.15℃)が熱力学(物理学)上で考えられた
最低温度になり、地球を含めた宇宙にある全てのものが凍り付くと言われる温度
となります。
逆に熱いほうの【絶対熱】ですが、
その温度は、1,420,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000℃
〔 14溝(こう)2千穣(じょう) ℃〕と考えられ、
これはビッグバン〔宇宙が誕生したときの大爆発〕が起こった後の
ほんの一瞬の宇宙の温度といわれており、ある学者が計算上で導きだした
温度となります…
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燃焼(燃える)とはどんなこと…?
物質が炎を上げて燃えることを燃焼(ねんしょう)と言いますが、
どうしてそんな現象が起こるのでしょうか…?
【物が燃えるために必要な3つの物】
まず、物が燃えるためには3つの物が必要となります。
① 可燃物(かねんぶつ)《燃料》〔ろうそく、炭、ガソリン、木、一酸化炭素、水素など〕
② 酸素(さんそ)《支燃物》〔空気中にも酸素は約20%含まれる〕
③ 熱(ねつ)《熱源》〔ライターやマッチなどの火、雷、静電気など〕
【燃焼とは】
例えば、
①ロウソク(可燃物)〔炭素と水素などからなる〕に、
②空気中(酸素)で、
③火(熱)をつけた場合、
熱が加わることにより個体ではいられなくなります。
個体 → 液体 → 気体になっていくのですが…
それは、
【熱分解(ねつぶんかい)】
という現象が起こって、このようになっています。
※熱分解… 熱を加えたときに起こる分解反応〔2種類以上の簡単な物質に変化〕により原子〔通常の方法ではそれ以上分割できない物質の粒子〕になる
この熱分解によって、
ロウソクの〔炭素原子、水素原子〕と、空気中の〔酸素〕が、
⇒ 【化学反応(かがくはんのう)】〔 原子などの組み換えにより別の物質になる〕で、
⇒ 激しく【酸化(さんか)※】することにより、
⇒ 炎を上げて燃焼〔熱エネルギーの放出〕、
ロウソクは水蒸気〔二酸化炭素と水〕に変化し小さくなっていくのです。
※酸化… 物質が酸素と反応して酸化物〔酸素と他の元素との化合物(2種以上の元素の原子から成る純物)〕になること
そして、物が燃えている時にのぼる煙(けむり)ですが、
燃やしたものすべてに酸素が行き渡っているわけではないので、
酸素と結び付かなかった気体が冷やされ、
液体や固体の微粒子(びりゅうし)になり目に見えたものということになります。
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【燃焼するときの酸化】と【鉄サビなどの酸化】との違い
先ほど、ロウソクの燃焼の際に【酸化(さんか)】という言葉が出てきましが、
酸化というと鉄サビなどの錆(サビ)を思い浮かべる方も多いかもしれません。
鉄などのサビは酸化するスピードが遅いため火は出ないのですが、
これも酸化の一種で、冬に使うカイロはその現象を利用したものになります。
そして、【物が燃えるために必要な3つの物】の1つである
ライターやマッチなどの火(熱)が加わることによって
酸化するスピードが速くなり、原子どうしの摩擦によって発火したのが
燃焼ということになります。
【燃焼と爆発の違い】
ちなみに…
ロウソクに火をつけたときは【 燃焼 】でしたが、
急激な化学反応〔 原子などの組み換えにより別の物質になる〕によって
体積が一気に増大することを【 爆発 】といいます。
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