【小学生】完全保存版！燃焼の仕組みについて

文部科学省　学習指導要領「生きる力」
http://www.mext.go.jp/a_menu/shotou/new-cs/index.htm

燃焼とは

物が燃えるという構造については、燃焼という仕組みを理解してもらえれば簡単に仕組みが分かります。

たとえば、紙きれに火をつけると燃えるという単純な現象も、燃焼というのですが、実はこの燃焼、酸素と物があり初めて成立します。通常、物が燃えるという仕組みには酸素があり、この酸素が燃えそうなものに引っ付くことで物が燃えます。

なので、物が燃えるには酸素が必要かつ、炎が必要になります。
そして炎は燃え上がる際、酸素という栄養と引っ付くことで何かを燃やすことができるのです。

では、酸素を奪うと何が起きるの？という問題ですが、酸素が無くなると、物が燃えるエネルギーが無くなりますので、物は燃えません。よって炎をつけようとマッチに火をつけようとしても残念ながら炎は上がりません。

じゃあ、ライターだったら燃えないの？という問題ですが、ライターは実は、物を燃やす燃料の液体の中に酸素が含まれているので実は回りが真空でも炎が上がります。ただ、周囲の酸素が少ないので、酸素と中にある成分が引っ付いても得ようとするパワーが下がるので、炎は小さくなるという現象が起きます。

じゃあ、鉄ってなんで燃えないの？という問題ですが、燃焼に必要なものは酸素と炭素が必要になります。
つまり、物が燃えるのは炭という成分と酸素が必要で、鉄には炭素が含まれていないので、周囲にどんだけ酸素があっても鉄と炭素が引っ付いて光を出して燃えるという現象が起きません。

酸素

では、鉄と酸素がぶつかるとどうなるかですが、これは酸化が起きて酸素と鉄の成分が引っ付いて別の金属に変化します。別の金属に変化することで鉄ではない何かになるのがこの現象です。

なお、酸化は物体に炭素という炭の成分が入ってないがゆえ燃えないのであって、石油を燃やすと激しく燃えるのは、石油の中に炭素があり、かつ炭素が多すぎるがゆえ、ちょっとした刺激で酸素と結びつこうとして、簡単に燃えてしまうのです。

これを利用したのがエンジンというもので、エンジンは、自動車に採用された動力になります。

エンジンは簡単に言うと、燃焼力があり激しく酸素と結びつくものです。ガソリンという燃料に電流を流すことで酸素とガソリン内に含まれる炭素を刺激して両者を引っ付けようとします。
無論、この刺激は電流でなくともよく、直接エンジン内に非を放り込んでも一応燃焼をするように仕向けることができます。

なお、燃焼する際に酸素が必要なんだったら、大量に酸素を無理やり放り込んだら、ひょっとして自動車のエンジンってパワーアップするの？という問題が思いつくと思うのですが、これはまさにその通りで、「ターボチャージャー」という仕組みが、大量の空気と酸素を無理やりエンジン内に放り込んでガソリンと酸素を引っ付けまくって燃やしまくろうという考えのもとに作られています。

だから、この方法を取ればエンジンが小さくとも、空気の量を大量にエンジンに強制的に放り込めば、ガソリンがものすごく激しく燃え、燃えた力をエンジン内部で回転するエネルギーに変換しまくるがゆえ、小さいエンジンでもパワーがある車というものが生まれるのです。

ガソリン

じゃあガソリンはよく燃えるのは炭素が多いからだということになりますが、トラックの燃料は燃えにくいって聞いたんだけど？という疑問が生まれてくると思います。

これについては、超簡単に説明しますと、どっちが簡単に蒸発して空気中に炭素の粒子をばらまきまくるかという問題を考えるとガソリンはかなり燃えやすく超危険だということが分かります。

ガソリンは、30度の温度で蒸発が始まり、蒸発が始まれば、炭素も空気中にばらまかれます。

だから、ガソリンを密室でこぼしてしまうと引火しやすくなるというのは、部屋の空気中に蒸発した炭素が充満している状態となり、そこに炎を近づけてしまうと簡単にあたりが燃えてしまうからなのです。

逆に軽油は、240度から350度まで加熱しないと炭素が蒸発しないので油だけが炎の力で蒸発し、炭素は油に覆われたままなので燃えないんです。

だから、タバコの火を落としても燃えないのは、ちょっとだけ軽油の油の表面が蒸発しただけで、内部の炭を刺激するだけの炎のパワーで炭素を刺激していないがゆえなのです。

軽油

じゃあ、軽油内部の炭素を刺激するだけの炎を使えば燃えるの？という問題ですが、燃えます。

それも超激しく燃えます。

なぜなら、実は、軽油は燃えにくい特性があるんですが、燃えてしまうと炭素の量が実はガソリンよりも多いので超激しく燃えるのです。

だから、燃えにくいんですが、燃えるとものすごく燃えるという特性を利用したのがジェット機のエンジンだったり、ディーゼルエンジンだったりします。

ちなみに、ストーブの灯油も実は燃えにくいんですが、燃え始めると激しく燃えるという性質を利用していますが、こちらは実は、炭素が少ないうえで脂という不純物が混じりまくっているがゆえ、燃えにくいというものです。
よく油は燃えやすいのでは？と勘違いをしている方がいるんですが、これは間違いで、油も炭素がたくさん入ってないと燃えません。
そうじゃないと、フライパンに油をひいて加熱しただけで炎上というのでは料理なんてできないですからね。

でも、注意してください。
食用のオリーブオイルなんかも油が蒸発していくと炭素が露出してきて、加熱された熱で簡単に刺激され燃えるので食用の油は燃えにくいというだけで燃えないというわけではありません。

まとめ

以上が燃焼の仕組みですが、物が燃えるには炭素が必要、その炭素をいかに刺激して酸素と引っ付けるかが燃えるヒントになる、ということです。
だから、燃えにくい物でもいずれ燃え始めて急にものすごく燃えるというのは、あくまで炭素がたくさんあっても、最初は酸素と引っ付きにくいというだけで、酸素と引っ付いてしまえば、ものすごく燃えるということになるのです。

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