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燃焼の仕組みとは?火が熱く感じる理由と氷が冷たい理由を解説!

地理・科学

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すべて、原子(げんし)や分子(ぶんし)といった小さな粒でできています。



空気中にも、目には見えませんが、たくさんの原子(げんし)や分子(ぶんし)が漂っていて自由に動き回り、それは水の中でも同じで無数の水分子が互いにくっつき合いながらも自由に動いているのです。



このように、粒子が自由に動くことを「熱運動(ねつうんどう)」というのですが、この熱運動が激しくなるほど温度は高く(熱く)なり、動きがゆるやかになるほど温度は低く(冷たく)感じられます。

原子(げんし)とは?

全ての物の元となる成分元素118種類性質を失わない物質を構成する最小単位約1憶分の1cm。




例えば、


ロウソクの火に触れば熱いですが、ロウソクが燃えるとき、ロウに含まれる炭素や水素の原子と、空気中の酸素の原子化学反応〔物質が別のものに変わる現象〕を起こします。



この反応によって、原子や分子が
激しく動き回るようになり
その結果《熱く》感じられます。


【絶対零度】と【絶対熱】とは?


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〕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…

 

 

燃焼(燃える)とはどんな仕組み?

 

次に、物質が炎を上げて燃える【燃焼(ねんしょう)】ですが、どうしてそんな現象が起こるのでしょうか…?


それでは見ていきましょう!

 

 

【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 (ねつ)《熱源》〔ライターやマッチなどの静電気など〕

 

 

熱分解(ねつぶんかい)

 

例えば、

ロウソク(可燃物)炭素水素などからなる〕に、

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(ねつぶんかい)】とは?

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〕になること。

 

 酸化(さんか)

 

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〕に変化小さくっていくのです。

 

 

【酸化(さんか)】とは?

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

 

 

煙(けむり)はなぜでる?



そして、物が燃えている時にのぼる(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。

 

 

 

【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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