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東邦大学名誉教授
佐藤 研二
燃焼と光<炎色反応>気体燃焼とジェット燃料

物質の燃焼

メタンの燃焼

 天然ガスの主成分として生活に利用され、身近な存在であるメタンを例に燃焼について考えます。

Methane-メタン-

 メタンの融点は摂氏-183度・沸点は摂氏-162度と非常に低い温度ですので、常温常圧では気体(無色・無臭)となります。
メタンは炭素と水素が結びついてできた炭化水素化合物の一種で、1個の炭素原子に4個の水素原子が結合して1個のメタン分子を作っています。 このとき、分子は炭素を中心とした正四面体構造をしています。

 また、メタンは天然ガスの主成分で、自然界に広く存在し、天然ガスは身近なエネルギー資源としても活用されています。
メタンは無臭ですが天然ガスとしてガス会社などが販売する場合には、ガスもれによる事故防止のために匂いがつけられています。

メタンの燃焼

メタンの反応式

 上述のようにメタンを主成分とする天然ガスを燃やす−燃焼させる−ことによって、私たちは熱エネルギーを得、例えば湯を沸かしたり、室内を暖めたりすることができます。“燃焼”という現象における、発熱を利用していることになります。

 最終的にメタンは酸素と反応(酸化)して二酸化炭素と水に分離します(右図メタンの燃焼参照)。
しかし、実際に炎の中で起こっている変化はもっとずっと複雑なもので、物質は熱によって分解され、電子を放出してイオン化し、さらに結合と分離を繰り返して最終的に安定した二酸化炭素などの物質を構成します。メタンの場合においても、この反応は100以上に及びます。燃焼の段階は非常に複雑で、現在でも反応の全てが解明されているわけではありません。

 ガス栓を閉じてメタンの供給をやめ、すでに供給されたほぼ全てのメタンが酸化され、二酸化炭素と水に置き換わった時、燃焼は終了し、熱エネルギーの発生も終了します。

 次にメタンの燃焼で発生するエネルギーについて考えます。

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