メタンの燃焼反応と活性化エネルギーについて

メタン（都市ガス）の燃焼反応について調べています。
活性化エネルギーとどう結びつくのかがわかりません。
最初になぜガスレンジで点火しなければならないのかも
教えてください。

No.1 ベストアンサー 回答者： owata-www 回答日時： 2008/12/28 22:10

活性化エネルギーについては簡単な画があったので、どうぞ

http://www.ed.kanazawa-u.ac.jp/~kashida/ChemII/c …

しっかり知りたければ
http://en.wikipedia.org/wiki/Activation_energy


メタンの燃焼とは、メタンと酸素の化学反応です。この２つをただ混ぜても反応しません（空気中にメタンがあっても燃えないのと同じです）。なぜならこのままだと活性化エネルギーを超えることが出来ないからです。

ですから、初めにガスレンジで点火し活性化エネルギーを与えてやると化学反応が進みます。発熱反応ですから、後は反応後の発熱により次の反応も進み、燃焼します

この回答へのお礼

よくわかりました。ありがとうございました。

お礼日時：2008/12/29 22:12

No.3 回答者： tarutarubo 回答日時： 2008/12/29 02:37

メタンという粘土でできた球と、酸素という粘土でできた球があると考えましょう。

メタンの球と酸素の球は空中に浮遊していて、ぶつかることもありますが、勢いが無い（エネルギーが不足している）のでぶつかっても一体にならずに反発します。
一体にするためには勢いをつければいいので、勢いをつけるためにエネルギー（炎）を与えてあげると、球の勢いが増します。こうすることで球と球は激しくぶつかり、一体になります。

この球と球が一体となるためのエネルギーを活性化エネルギーといいます。活性化エネルギーに達しない状態では物質は反応しません。

この回答へのお礼

なるほど、わかりやすいですね。ありがとうございます。

お礼日時：2008/12/29 22:10

No.2 回答者： doc_sunday 回答日時： 2008/12/28 22:32

酸素とメタンを混合してもなにも起こりません。

詳細な機構は論文を参照して頂くことにして、単純化した機構を紹介しましょう。
まず、点火です。酸素かメタンかあるいはその両方を「励起」した状態、別の言葉で云えばエネルギーが周囲の温度から決まるボルツマン分布から決まるエネルギーより高い状態、に持ち上げてやらねばなりません。
マッチの火や放電で上記のエネルギーを与えてやります。
マッチの火の場合小さな高温部を作り出します。放電の場合少量の分子を非常に高いエネルギー状態あるいは分子が分解した状態まで持っていきます。
反応は酸素が酸化剤でメタンが還元剤なので１電子がメタンから酸素に移動することから始まり、およそ次のように沢山の「素反応」が一斉に起こります、
ＣＨ4 ＋ Ｏ2 → ＣＨ4^+・ ＋ Ｏ2^-・
ＣＨ4^+・ → ＣＨ3・ ＋ Ｈ+
ＣＨ3・ ＋ Ｏ2 → ＣＨ3Ｏ2・
Ｈ+ ＋ Ｏ2^-・ → ＨＯ2・
ＣＨ3Ｏ2・ ＋ ＣＨ4 → ＣＨ3Ｏ2Ｈ ＋ ＣＨ3・
ＨＯ2・ ＋ ＣＨ4 → Ｈ2Ｏ2 ＋ ＣＨ3・
ＣＨ3Ｏ2Ｈ → ＣＨ2=Ｏ ＋ Ｈ2Ｏ
Ｈ2Ｏ2 → ２ＨＯ・
ＨＯ・ ＋ ＣＨ4 → Ｈ2Ｏ ＋ ＣＨ3・
ＣＨ2=Ｏ ＋ ＨＯ・ → Ｏ=ＣＨ・ ＋ Ｈ2Ｏ
Ｏ=ＣＨ・ ＋ ＨＯ・ → ＣＯ ＋ Ｈ2Ｏ
Ｏ=ＣＨ・ ＋ ＨＯ・ → ＨＣ(=Ｏ)ＯＨ
ＨＣ(=Ｏ)ＯＨ ＋ ＨＯ・ → Ｏ=Ｃ^・－ＯＨ ＋ Ｈ2Ｏ
Ｏ=Ｃ^・－ＯＨ → ＣＯ2 ＋ Ｈ・
…書ききれない(汗
ここで、反応が始まるのに必要なエネルギーが「活性化エネルギー：ΔＥ^‡」です。
「最初の反応」のうちΔＥ^‡が最も小さい素反応が「開始反応」で、一旦反応が始まりメチルラジカルが生じて酸素分子と反応するようになれば、
原系、
ＣＨ4 ＋ ３Ｏ2
と、生成系
ＣＯ2 ＋２Ｈ2Ｏ
のエンタルピー差で大きな発熱が生じ、ボルツマン分布が高エネルギーの方へ移動するためそれ以上外部からエネルギーを与えてやらずとも、反応は自発的に進みます。

この回答へのお礼

さすがに専門家のご説明はこまかいですね。ありがとうございました。

お礼日時：2008/12/29 22:11