すごく初歩的な質問でスミマセン。ものを燃やすときに出る「ほのお」っていうのは、何がどうなって光が出ている状態なのでしょうか?「炭素」などの可燃性物質と「酸素」が化学反応を起こしている状態なのでしょうか?また、その時出る「光」ってどんなものなのでしょうか?分かりやすく教えてください。お願いします。

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A 回答 (4件)

 


  以下の参考URLで、炎についての少し複雑な話があります。参照してみてください。
 
  この質問では、質問者は、「燃焼」が、質量欠損によるエネルギー放射なのか、と尋ねていますが、無論、日常的に目にする燃焼や、「炎の現象」は、そういう原子核分裂や核融合で出てくるエネルギーの話とは一応関係がありません。
 
  燃焼というのは、或る物質の分子と別の物質の分子が、化学反応を起こし、化学結合によって新しい物質分子を造る時、この「化学結合反応」で出てくるエネルギーが、光や熱の形で外部に放出されるのを、観察していることになります。
 
  「炎」がでない燃焼もあります。炎が出る時には、それは普通、「熱せられた気体」です。(ほのおを見ると、揺れていて、あれは、気体だと思えるでしょう。液体ではありませんし、一定の形がないようなので、固体でもありません。あれは、熱せられた気体なのです)。
 
  炎と炎でない領域は、どうして区別されるかというと、燃焼の熱によって、光が出ている領域が炎で、そうでない領域が、炎でない領域だとなります。ガスこんろとかの炎とか、蝋燭のほのお、または何か木などを燃やすと出てくる炎は、先が細くとがっていて、「ほのおの形」をしています。あれは、熱せられた気体が、温度が上がると軽くなるので、上昇しているので、上向きに昇る形が見え、ある程度熱源から離れると、まわりの空気などで冷却するので光を出さなくなるので炎として見えなくなるので、その場合、炎の中心部分が一番後まで熱い状態なので、真ん中部分が、他の部分よりも光を放っている時間が少しだけ長いので、それが、炎のとがった先に見えるのです。
 
  熱せられた気体は、発光しなくなると人間の目には、炎の形に見えませんが、実際は、例えば、「赤外線」で見たりすると、炎は、もっと広い範囲にあり、肉眼で見る炎の先端よりも、もっとずっと上まで延びていることが分かります。また、炎のずっと上に手を置くと、下から熱い気体が昇ってきているのが分かります(あんまり、炎に近い所に、手を置かないでください。発光していなくとも、火傷するぐらいの温度は、炎の近くの気体ならありますから、やけどします)。
 
  気体と気体が化学反応して燃焼して、そのまま、光を出しているのが、炎に見えるのと、燃焼によって出た熱が、気体を熱して発光させたり、燃焼によってできるすすなどを熱して発光させているのが炎の光です。(光がどうして出ているのかは、少し難しい話ですが、参考URLに記されています。また以下にも述べています。熱した鉄棒の光の「黒体輻射」現象と、「熱による電子遷移」です)。
 
  純粋な炭素が燃えると炎が出ないというのは、その通りかも知れませんが、石炭などは、不純物が入っていて、燃やすと、石炭のなかの炭水化物(炭素Cと水素Hの色々な化合物)が気化して気体になり、それが燃えて発光して炎になったり、石炭の燃焼熱で、気体が熱せられ、発光してほのおになる場合などがあります。
 
  木とかろうそくを燃やした場合も、可燃性の気体が出てきて、これが酸素と化合して、燃え、発光して炎となったり、発光は、広い意味の「すす」が熱せられて光を出す場合もあります。
 
  そのものは燃焼していなくとも、光を出すというのは、例えば、太い鉄の棒を、ガスや石炭の燃えているなかに入れると、鉄が熱せられ、赤くなります。これをガスや石炭のなかから出してきて、空中に置いて、暗闇のなかなどで見ると、「ほのおは出ていませんが」、鉄の棒が灼熱して真っ赤に光っているのが見えます。熱せられた「すす」などが発光するというのは、こういうことです。鉄棒も、熱する温度を上げて行くと、黄色い光から、まばゆい白い光になって行きます。温度が下がって来ると、黄色から橙色、赤、そして赤黒い光になり、やがて、肉眼では見えなくなりますが、実は、温度が高いあいだは、赤外線領域で光っています。
 
  気体が化学反応を起こして燃えた時に出る光は、化学反応の種類によって、決まっています。詳しく言うと、燃える物質の分子あるいは原子が、燃焼という発熱化学反応で、高温になり、それが低温になる時、原子または分子のなかの電子が、高いエネルギーから低いエネルギーに移り(これを、「遷移」と言います)、電子のこのエネルギー差が光として出てきて、エネルギー差の大きさで、光の波長が決まり、どんな色の光かも決まります。
 
  他方、先の熱した鉄棒のように、熱によって広い意味のすすなどが熱せられて発光する場合は、「黒体輻射」という現象に当たり、温度によって、色々な色の光が出てきます。また、何か燃やしていると、銅などが混じっていた時、条件によって、銅も酸化して揮発し(気体となり)、この時、独特の緑色の光が出ます。銅が混じっている場合の燃焼の炎は、緑色のものが出るのはそのためです(こういう光の出方を、「炎色反応」と言います。これは、電子遷移によります)。
  
  >No.162293 質問:炎の中で何が起こっているの?
  >http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=162293
  
  (注:「インコーヒレント」は、説明もなく、何故こういうことを言うのか理解できませんが、「コーヒレントな光」というのは、波長が同じで、光の波の位相が揃っている光で、レーザー光などがそうです。普通の光は、コーヒレントでないので、インコーヒレントです)。
  

参考URL:http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=162293
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この回答へのお礼

ご丁寧にありがとうございました。普段、当たり前のように見ている炎がこんなに難しい理屈で輝いているとは驚きました。こんな風に結構身近なところでよく知らないことって多いような気がします。参考URLなども見て勉強します。

お礼日時:2002/04/20 17:35

> 何がどうなって光が出ている状態なのでしょうか?



炎の発光は「ススの黒体放射」によるものです。色は発光体(ここではスス)の温度に依存し,色(波長)と温度との関係は,プランクの放射則という式で表現されます。

余談ですが,発光している色を識別することによって温度を算出することができ,このような温度計を「放射温度計」といいます。非接触で温度を測ることができます。

また,人の体温のような低温でも,それなりの光(赤外線)を放出しておりまして,これは耳温計や人感センサーなどに応用されております。

>「炭素」などの可燃性物質と「酸素」が化学反応を起こしている状態なのでしょうか?

ススの酸化反応は起こりますが,酸化反応自体が発光を伴っているわけではありません。

> その時出る「光」ってどんなものなのでしょうか?

炎色反応による光(輝線)とは異なり,なだらかなスペクトル形状の連続光です。また,当然ながらインコヒーレントな光です。
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この回答へのお礼

1つ1つに丁寧なお答え、ありがとうございました。「光」という存在自体がよくつかめていませんが、理屈はイメージできるような気がします。勉強してみます。

お礼日時:2002/04/20 17:38

岩波の理化学辞典によれば、炎は「2種の気体が化学反応を起こし、熱および光を発している部分」と説明されています。


一番身近な例は都市ガスやプロパンガスの燃焼かと思います。化学反応により熱が生じ、またその熱により炎の中の物質が励起されて光を出します。参考ページの[1]によればHCOラジカル、CO、CO2などの高励起状態からの発光とのことです。
炎色反応はその中の一形態で、少し専門的な話になりますが熱せられたアルカリ金属・アルカリ土類金属の原子内部での状態遷移に応じ、特定の波長(すなわち特定の色)の光を出す現象です。花火などに応用されています。

ろうそくなど煤を多く発生する物質の燃焼では燃え残った炭素原子が熱せられ、その炭素原子が光(黄色っぽい光)を出します。ただし純粋な固体の炭素が燃える場合は(気体同士の反応ではありませんから)炎は生じません。

参考ページ
[1]「ガスの炎の色」
http://www.nep.chubu.ac.jp/onsen/meet2000_12/iro …

[2]「炎のつくりと色、炎色反応」(東京ガス)
http://www.tokyo-gas.co.jp/ghakase/dr02/dr02.html

[3]「暗闇でヒータが赤く、ストーブの炎が青い理由」
http://member.nifty.ne.jp/akaoka/faq/color000316/

参考URL:http://www.nep.chubu.ac.jp/onsen/meet2000_12/iro … http://www.tokyo-gas.co.jp/ghakase/dr02/dr02.html
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この回答へのお礼

ありがとうございました。つまり、ろうそくなどの炎と、花火の炎ではその種類が違うということでしょうね。全然同じものだと思っていました。参考URLの方でも勉強してみます。

お礼日時:2002/04/20 17:41

化学の参考書で、「炎色反応」のところを良く見ると書いてあります。



「新・化学入門」(駿台、三国均著)
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この回答へのお礼

ありがとうございました。すぐにとはいかないかも知れませんが、いつかチャレンジしてみたいと思います。

お礼日時:2002/04/20 17:44

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Q一酸化炭素5.6gが完全燃焼するときの酸素量は、標準状態(0°C、1気圧・・・

危険物乙4類の試験問題集からです。
[問5] 一酸化炭素5.6gが完全燃焼するときの酸素量は、標準状態
    (0°C、1気圧(1.013×10の5乗Pa)で何ℓか。ただし、標準状態1molの気体の
   体積は22.4ℓとし、原子量はC=12、O=16とする。
   2CO + O2→2CO2
[解説] 一酸化炭素(CO)の分子量は、12+16=28。
    燃焼させるのは5.6gであるため、5.6÷28=0.2モル。
    化学反応式によると、一酸化炭素2分子と酸素1分子が反応している。このため、
     一酸化炭素0.2モルに対して、酸素0.1モル消費する。
     標準状態の気体は1モル=22.4ℓであることから、22.4ℓ×0.1モル=2.24ℓ
    の酸素分子が必要となる。
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
以上ですが、解説で”一酸化炭素2分子”とあります。COであれば”炭素1分子”ですが
どうして”一酸化炭素2分子”で1分子多いみたいです?ここで言う”一酸化炭素2分子
とは、何に当たるのでしょうか?よろしくお願いいたします。

危険物乙4類の試験問題集からです。
[問5] 一酸化炭素5.6gが完全燃焼するときの酸素量は、標準状態
    (0°C、1気圧(1.013×10の5乗Pa)で何ℓか。ただし、標準状態1molの気体の
   体積は22.4ℓとし、原子量はC=12、O=16とする。
   2CO + O2→2CO2
[解説] 一酸化炭素(CO)の分子量は、12+16=28。
    燃焼させるのは5.6gであるため、5.6÷28=0.2モル。
    化学反応式によると、一酸化炭素2分子と酸素1分子が反応している。このため、
     一酸化炭素0.2モルに対...続きを読む

Aベストアンサー

”一酸化炭素2分子”というのは「COが2つ」ということです。
化学反応式に「2CO」と書かれている部分、ここを示しています。

問題文中の化学反応式を文章で表すと
「一酸化炭素2分子と酸素1分子が反応して、二酸化炭素2分子となる」
解説に書かれているのはこの前半です。

なお、同じ表現を使うとCOは「一酸化炭素1分子」です。
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Q炭素と酸素から二酸化炭素が合成される化学式はC+O2→CO2で、原子量がそれぞれ12、16とあります

炭素と酸素から二酸化炭素が合成される化学式はC+O2→CO2で、原子量がそれぞれ12、16とあります

この式は量を知りたい時、Cが12とOが16×2とが結合して二酸化炭素が40できるという意味ですか?
違うなら量に関してどう読み取ればいいのでしょうか

Aベストアンサー

Cが12、Oが16というのは、それぞれの元素の原子量ですね。
1個の原子の質量を原子量として定義してるのです。

その原子量にアボガドロ定数を集めると、アボガドロ定数分の質量になります。
アボガドロ定数は6×10^23個という数で、物質の量を表す定数です。
アボガドロ定数分の原子の数を1molとも言います

炭素が原子量が12でアボガドロ定数分(1mol)集めると12gになります。
酸素は原子量が16でアボガドロ定数分(1mol)集めると16gになります。

C+O2→CO2 の反応の場合
詳しく見ると
原子量12の炭素1個が、原子量16の酸素が2個結合した酸素分子1個と反応して、
炭素原子1個と酸素原子2個からできている二酸化炭素分子が1個できている、
という反応を表しているのです。

アボガドロ数定数をかけて考えて上の言い方を変えると、
C原子1mol12gとO2分子1mol32gが反応して、二酸化炭素1mol44gが出来る、
ということと同じ意味になります。

C+O2→CO2 のような元素記号で表した場合
ひとつのCはあくまで炭素原子1個に対して
O2が酸素分子1個が反応して
CO2二酸化炭素分子が1個出来る
と考えるのが適切なのですが、
原子1個などでは問題として扱いづらい時に、1molと読み替えることが頻繁にあるので注意が必要です。
またO2と2Oは同じ酸素原子2個ですが、前者は酸素分子(通常我々が呼吸している酸素のこと)を表していて、
Oは酸素原子1個、2Oでは酸素原子2個を表すので注意が必要です。

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Q【化学】炭酸飲料の二酸化炭素が簡単に気(二酸化炭素)が抜けない理由を教えてください。 水は酸素16:

【化学】炭酸飲料の二酸化炭素が簡単に気(二酸化炭素)が抜けない理由を教えてください。


水は酸素16:水素2という割合で一定する性質を持つ。

そこに二酸化炭素を注入しても化学反応における化学の理屈ならすぐに二酸化炭素は電離するはずなのに以外にそう簡単には二酸化炭素は無くならない。

これはどういう仕組みなのでしょうか?

その割に水素水ともなると水素はすぐに水から電離するのですぐにタダの水になる。と言う。

そのタダの水ですら酸素と水素の割合は8:1で以外にタダの水でも水素は結構含まれているじゃんって感じですが炭酸飲料の二酸化炭素はなかなか水から抜けないのに水素水の水素は開封した瞬間に水素は8:1の普通の水の割合に戻るという主張は正しいのか知りたいです。

すぐに抜けていない可能性もあるのでは?

すぐに抜けるのすぐとは数秒の話でなく數十分は持つのでは?と思ったり。

水素は軽く。二酸化炭素は重いので本当に一瞬で1:8のオーバー分は抜けるのか教えてください。

Aベストアンサー

水溶液中で二酸化炭素は電離しないです。
CO2+H2O⇔H2CO3
の平衡が成り立って、炭酸H2CO3ができますがこの平衡は左側に偏っているので、ほとんどの二酸化炭素が水溶液中では二酸化炭素分子として存在しています。

水の性質として二酸化炭素をよく溶かし、25℃1000hPa(およそ1気圧)の水溶液中で0.145g/cm^3も溶かします。
放っておけば気が抜けるのは確かなのですが、よく溶けるので抜けにくいので衝撃を与える・熱を加える等をしないと一気に抜けることはないです。

それでも水に溶けた二酸化炭素のうち、ごく一部は炭酸となり電離して弱酸性を示します。
H2CO3 ⇔ 2H+ + CO3-
ですね。

それに対して水素水はよく判りませんね。
↓国民生活センターのレポートです。
http://www.kokusen.go.jp/pdf/n-20161215_2.pdf

レポートの実験データを見ると分かるのですが、溶けている水素の量が全然少ないですね。

QH2Oを電気分解すれば水と酸素に。ではCO2を炭素と酸素に分解するには?

今 地球温暖化が問題になっています。
ご存知のとおり化石燃料を使いすぎたために二酸化炭素が増えすぎて温室効果がおきています。

さて、水を電気分解すると酸素と水になります。
では二酸化炭素を炭素と酸素に分解するにはどうしたらいいですか?
(植物による二酸化炭素→酸素への変換以外の方法で)

また低コストでできることですか?
低コストでできれば一気に問題解決できると思います。

悩んでいます。
教えてください。

Aベストアンサー

よそのQA
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1013641080
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1414724064?fr=rcmd_chie_detail

Q【化学】「分子に炭素を含むものを有機物と言います。ただし、一酸化炭素と二酸化炭素は炭素が含まれている

【化学】「分子に炭素を含むものを有機物と言います。ただし、一酸化炭素と二酸化炭素は炭素が含まれているのに有機物ではありません」


どういう理屈で一酸化炭素と二酸化炭素は有機物から除外されてるんですか?

数学だと何の法則性もないので数学者ならブチ切れてるレベルでは?

規則性がないのになんで一括りに纏めちゃったの?

纏めた人は馬鹿なの?

Aベストアンサー

結論から言いますと、一酸化炭素COや二酸化炭素CO2が無機化合物とされるのは、「昔から『無機化合物』に分類されていたから」、すなわち慣例上の理由からです。

現在では、「炭素を含む物質を有機化合物、炭素を含んでいない物質を無機化合物」と区別している原則は、すでにご存じだと思います。

しかし、19世紀初頭までの化学の世界では、「生物が作り出した物質を有機化合物、生物とは無関係に作られたもの(たとえば岩石や鉱物、食塩など)を無機化合物」と
区別がされていました。そして、有機化合物については、「生命力によってのみ作られ、人工的に合成することのできない特別な物質」と考えられていたのです。

ところがこの頃、COやCO2などの一部の炭素を含む物質、つまり現在で言うところの「有機化合物」が、すでに人工的に合成することが可能になっていたのです。
しかし、上に書いたような当時の基準に基づいて、当時、人工的に合成可能だったCOやCO2は「無機化合物」に分類されてしまったのです。

この概念に変化をもたらしたのが、ドイツの化学者ウェーラーです。ウェーラーは、無機物であるシアン酸アンモニウムNH4OCNを加熱して、有機物である尿素CO(NH2)2の
合成に成功したのです。この成功がもとで、多くの有機化合物が、人工的に合成されていき、現代の「炭素を含む物質を有機化合物、炭素を含んでいない物質を無機化合物」とする
基準が完成されました。


従って、現代の基準によれば、COもCO2も「有機化合物」となるはずです。しかし、COやCO2に関しては「昔から『無機化合物』に分類されていたから」という理由で、
現在も「無機化合物」とされているのです。


COやCO2のように、「昔から『無機化合物』に分類されていたから」という理由で、炭素を含むにも関わらず、無機化合物とされている物質は結構あります。
CO、CO2を筆頭に、CaCO3のような炭酸塩、シアン化水素HCN(いわゆる青酸です)やシアン化カリウムKCN(青酸カリ)などのシアン化合物がこれにあたります。

なお、昔は四塩化炭素CCl4(テトラクロロメタン)も、この慣例上の理由で無機化合物とされていました。しかし、四塩化炭素に関しては、メタンCH4の誘導体として考えるようになったために、有機化合物とされるようになりました。

結論から言いますと、一酸化炭素COや二酸化炭素CO2が無機化合物とされるのは、「昔から『無機化合物』に分類されていたから」、すなわち慣例上の理由からです。

現在では、「炭素を含む物質を有機化合物、炭素を含んでいない物質を無機化合物」と区別している原則は、すでにご存じだと思います。

しかし、19世紀初頭までの化学の世界では、「生物が作り出した物質を有機化合物、生物とは無関係に作られたもの(たとえば岩石や鉱物、食塩など)を無機化合物」と
区別がされていました。そして、有機化合物につい...続きを読む


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