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例えば最も単純な炭化水素であるメタンを燃やすと、熱とH2O、CO2が発生します。
これを可逆的に反応させて元のメタンに戻せないのでしょうか?
メタンでなくても重油などに戻せないのでしょうか?
他にもCO2から炭素を取り出すでも良いです。

エネルギー保存則から考えるとどちらの反応も可逆に見えますがなぜ出来ないのでしょうか?
する方法はないのでしょうか?

A 回答 (7件)

できますし、もう百年近く研究されてきました。

だが実際に利用されていないのには理由があります。最も効率の高い方法は全て途中に固体を経由するので化学プラントとして非常に不利になるのです。
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CO2とH2Oからメタンを合成することは可能ですよ。


40年ほど前に、有機金属を触媒とした研究が行われていました。
最近では、電気分解する方法が検討されているようです。
https://www.nikkei.com/article/DGXLASDZ05I24_V01 …

個人的には、藻などによってCO2を光合成で炭水化物に変化させて
回収する方も興味深いと思います。

メタンと酸素を反応(燃焼)させると大量の熱を発生します。
CO2と水になる方が安定だからです。
発生する熱量も含めるとエネルギー保存則が成立しています。

反応が起こっても、起こらなくても、全エネルギーは保存されていて
減りも増えもしません。

でも、どちらの方向に反応するのか?エネルギー保存則で決まる訳ではありません。

熱い水と冷たい水が共存していると、熱い水から冷たい水に
熱エネルギーが移動して、熱い水が冷め、冷たい水が温まり
両者は同じ温度になります。
熱い冷たいと差があった時と、同じ温度になった時の
全熱エネルギーは同じです。
ですから、同じ温度なった時、何度になるのか?熱量から計算できるのです。

エネルギーが保存されていて、同じ値だとしても
自然に一方が温まり、一方が冷えて、同じ温度だった水が
熱い水と冷たい水になるということはありません。

CH4とO2を混合しておくと、CO2とH2Oの方が安定なので
徐々にCO2とH2Oに変化していきます。
でも、常温では反応速度が遅いので途中経過としてCH4とO2の
混合物を我々は取り扱うことができます。
着火などして、高温にすると反応速度が急激に速くなり
燃焼という現象を観察できます。

CH4とO2が低温で徐々に反応した場合、CH4、O2、 CO2、H2Oの
混合機体が生じます。
逆反応のCO2とH2OからCH4とO2が生じる反応も極わずか
生じている可能性は0ではありません。

でも、CO2とH2Oの方が圧倒的に安定なので、質問者さんが期待する
逆反応は、とても遅く、一般的には無視されます。
0に近いということです。

そんな遅い反応を工業的に行うためには、反応を速くする工夫が必要です。
それが、触媒の開発や電気分解の利用などということだと思います。

どんな速い反応も、遅い反応もエネルギー保存則は成立します。
でも、エネルギー保存則が反応速度や反応の方向を決めるのではありません。
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>ただ、これを実験的にでもやっている話を聞かず不思議に思っています。


疑問に思うなら、不思議に思うなら
実際にやってみるべきですね
化学はそうやって進歩していきます

ただ、本当に誰もやっていないかは
キチンと調べないと分かりませんよ
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>全ての物質で平衡が成り立ち可逆反応が起こるように読めるのです。


燃焼の際に消費されたエネルギーを取りこぼさず
全て捉えることができるなら、もしかしたら可能なのでは
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この回答へのお礼

可能であれば革命が起こります。例えば現在は余った電気エネルギーを捨ててるそうです。最近ですと九電のソラー発電、一時期の原発。とりあえずエタノールなど液体で安定の物やメタンのように圧縮が容易にできる物にしておけば良いと思ったのです。水素はありますが扱いが大変ですし使いやすいメタンで。ただ、これを実験的にでもやっている話を聞かず不思議に思っています。

お礼日時:2018/11/30 18:33

>可逆反応が起きる物と起こらない物には化学的に何か違いがありますか?


そこまで詳しくないので、それ以上は分かりません
というかここまで回答したのも検索して出てきたものです
検索すればいくらでも専門的なことは出てきますので
気になるのであれば、自身で調べるのが一番です
そのほうが身になります

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%AF%E9%80%86 …
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この回答へのお礼

回答いただきありがとうございます。
私も一応調べてのですが、不可逆反応が起こらない理由が分からないのです。以下は不可逆反応のWikipediaなのですが
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%8D%E5%8F%AF …
その説明を読む限り、全ての物質で平衡が成り立ち可逆反応が起こるように読めるのです。
つまり、研究室など僅かな量を発生させたり実験的に作る場合、活性化エネルギーさえ与えてやればNo1お礼の逆反応も起こるような説明なのです。しかし、実際にはその反応を見ませんし不思議に思っています。

お礼日時:2018/11/30 18:23

>何かしらの方法で⇔や←に出来ない物でしょうか?どうにかする方法はないのでしょうか?


無いから載ってないんです

可逆反応が起きるものは限られています

不可逆反応で代表的なものといえば「燃焼」です
燃えた物を元に戻せると思いますか?
もしそれが実現できれば、燃料の再利用が可能ということになります
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この回答へのお礼

回答いただきありがとうございます。
可逆反応が起きる物と起こらない物には化学的に何か違いがありますか?
どのように頑張っても逆方向は起こらないのでしょうか?
また、起こらないとすればどのような原理によって起こらないのでしょうか?

エネルギー保存則を習いましたが、それによると同等プラスα(よく分かりませんがエントロピー分?)を加えてあげれば、燃料も再利用が可能になるのではないでしょうか?

お礼日時:2018/11/30 18:04
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この回答へのお礼

回答いただきありがとうございます。
リンク先を読みますと製法がありますね。その下の反応の化学反応式を見ますと、矢印は→のみです。何かしらの方法で⇔や←に出来ない物でしょうか?どうにかする方法はないのでしょうか?
https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/ren …

お礼日時:2018/11/30 17:49

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