タグ: 燃焼

木材

固体燃料にいろいろなものがありますが
とくにに人類の歴史のはじめから用いられていた木材はいまもよく使われる燃料です。　

木材は炭素・水素・酸素などがからできているものです。
これを熱すると、水や燃える気体が出てきます。

空気に触れると燃えてしまいますが空気に触れないようにして熱すると燃える気体だけを集めることができます。

この気体を木ガスといいます。

木炭

木を蒸し焼きにすると、木ガスがでてあとには炭素と灰になる物質が残ります。

これが木炭です。

木炭には、もう、燃える気体がふくまれていないので燃やしても炎はださず火の固まりになるだけです。

しかし、木炭をたくさん積み上げて火をつけると、青い炎がでることがあります。

これは、熱せられた炭素と二酸化炭素が化合して、一酸化炭素ができ、それが燃えるためです。

石炭

石炭は、大昔の植物からできたもので木と同じように、燃やすと炎をあげます。

石炭は、木炭のような黒い固まりですが炭素ばかりでできているわけではありません。

炭素のほかに水素・酸素・窒素・イオウなどもそれぞれいくらかずつふくまれています。

それで、石炭を蒸し焼きにするとメタンなどの炭化水素や、アンモニア・コークスなどができるのです。

また、石炭を釜で燃やすと二酸化炭素・水・窒素のほかに二酸化イオウができます。

この二酸化硫黄は、水に溶けて亜硫酸になりそれが空気に触れると酸化されて硫酸ができます。

このため、二酸化硫黄で汚れた都市などでは、金物がすぐさびたりします。

また、二酸化硫黄などは大気中にあって霧をつくる原因にもなります。

有名なロンドンの霧も、二酸化硫黄が原因になっているのです。

練炭と炭団

固体燃料は、形がふぞろいで取扱いに不便なことと燃えかすがたくさんでることが欠点です。

そこで、固体燃料をうまく燃やすために粉にしてそれを一定の大きさや形のものに固めて使う場合もあります。

このようにして、石炭を粉にして固めたものが練炭や炭団です。
とくに炭団は、ゆっくり長時間燃やす、こたつなどに用いられます。

大気の汚染

近年になって、石炭をとくに細かい粉にして燃やすことが行われるようになりました。

例えば、セメントをつくるとき石灰石や粘土の粉に石炭の粉をまぜ長い回転釜の中で燃やしています。

また、火力発電所では、石炭の細かい粉を空気とまぜて釜に送り込み気体燃料のようにして燃やしています。

このときできる灰も、細かい粉になるので煙となってでていくわけです。

この煙の中の細かい灰は、コットレル集塵機という仕掛けで取り除くことができるので石炭を燃やしたために空気が汚れるということがなくなりました。

現在、大きなセメントエ場や火力発電所でこの仕掛けを用いていますが石炭を燃やすところでは、どこもこういう仕掛けをつけなければなりません。

空気の汚れる原因はほかにもあります。
ガソリンを燃やすときも、不完全燃焼のためにスモッグの原因となったり悪臭のある物質ができたりします。

そればかりではありません。

石炭にも石油にも少しですが、硫黄がふくまれていてこれは二酸化硫黄という毒ガスになります。

ですから、石炭や石油を燃やすと周りにこの毒ガスができてそこに住む人たちは病気になります。

こうして大気が汚れることを大気汚染といい都会や工業地帯に住む人がたいへん迷惑をしています。

このように大気を汚染することは川や海の水を汚したりやかましい音を立てるのとならんで公害といわれています。

ロウが燃えてできる物

瓶の中で口ウを燃やすと瓶の内側は水分でくもります。
これは、ロウが燃えて水がでてきたことをあらわしています。　

また、ロウが燃えたあとその瓶に石灰水を入れてふると石灰水が白くにごります。

これは、ロウが燃えて、二酸化炭素ができたことの証拠です。

このように、ロウが燃えて水と二酸化炭素になることからロウには炭素と水素とがふくまれていることがわかります。

しかし、ロウは白くやわらかで木炭のように黒くもなければ、固くもありません。

また、水素のように気体でもなければ火をつけて爆発することもありません。
すると、ロウの場合は、炭素と水素とはどういう状態にあるのでしょうか。

これは、炭素と水素とが互いにむすびついて炭素だけ、水素だけとは違った性質をもった物をつくっているのです。

このように、炭素と水素とが化合していても火をつけることにより、そのむすびつきが離れて今度は、それぞれの原子が空気中の酸素とむすびついてしまい水や二酸化炭素となってしまうのです。

アルコールや木・紙なども燃えて二酸化炭素と水とができます。
しかし、これらのつくりはロウとは違い炭素と水素・酸素からできた化合物なのです。

燃える物の重さと、燃えてできた物の重さ

木炭が燃えてできた物が灰だと間違って考えると、物が燃えると重さが減るということになってしまいます。

しかし、木炭が燃えてできるものは二酸化炭素です。
この二酸化炭素は、炭素に酸素がむすびついた物ですから炭素だけのときよりも重さが増しているわけです。

しかし、二酸化炭素などの気体の場合は目方がはかりにくく、実験も面倒になりますが鉄の細い線（スチールウール）を燃やすと燃えて重さの増えることが、はっきりと確かめられます。

マグネシウムを燃やしても、重さの増えることがわかりますがこのとき、できた酸化マグネシウムの一部が飛び散ることがあるので間違えることがあります。

ロウソクが燃えると、二酸化炭素と水とができます。
こうしてできた二酸化炭素と水とを図のような仕掛けで逃がさないようにして重さをはかるともとのロウソクよりも重くなったことがわかります。

このにように物が燃えるとその物と酸素の重さの和はできた物の重さに等しくなります。

これは、質量保存の法則とよばれている極めて大切な法則です。

木炭が燃えてできる物

木炭が燃えているところを見ると木炭の火がふわふわした向い灰に包まれています。　

それで、よく木炭が燃えて灰かできる、と考えられがちですがこの灰は、実はもともと木炭にふくまれていた物なのです。

木炭はその90パーセント以上が炭素で残りは灰になる物でできています。

木炭に火をつけると、この炭素が燃えて二酸化炭素ができます。
二酸化炭素は、炭素と酸素とが化合してできた気体です。

前にも述べたように、空気中で物が燃えるということは空気中の酸素にその物が酸化されることなのです。

木炭の燃えているところを拡大して見ることができたとすれば、分子や原子が入りまじりところどころに灰になる物質がまざっている様子がわかるでしょう。

木炭が燃えると二酸化炭素ができることは瓶の中で木炭を燃やし、このあとに石灰水を少し入れて振り混ぜてみると白くにごることでわかります。

石灰水には、二酸化炭素にあうと白くにごる性質があるのです。
この二酸化炭素は、木炭の炭素が瓶の中の酸素と化合してできた物です。

水素が燃えてできる物

水素が燃えると、何もなくなるようですがその炎の上に冷たい物をかざすとそこに水がつくので、水ができたことがわかります。

このときは、水素の2分子と、空気中の酸素の一分子とが反応して水の分子が2個できると考えることができます。

マグネシウムが燃えてできる物

マグネシウムのリボンに火をつけると白い煙をあげ、強い光をだして燃えます。

また、マグネシウムを瓶の中でも燃やすと瓶の内からに白い粉がたくさんつきます。

この白い粉は、マグネシウムと酸素とが化合したもので、酸化マグネシウムといいます。

しかし、この酸化マグネシウムは水や二酸化炭素と違って、分子ではありません。

酸化マグネシウムは、酸素原子とマグネシウム原子とが1対1の割合でむすびつきそれが、何万何億と集まってできた固体の粉です。

硫黄が燃えてできる物

硫黄を燃やすと、硫黄にも酸素にも全くなかった、特別の匂いのある気体ができます。

これは二酸化硫黄（亜硫酸ガス）という気体です。

二酸化硫黄は無色の気体で水でぬれた色素を漂白する性質があります。
例えば、赤い花を入れておくと白くなってしまいます。

鉄が燃えてできる物

鉄も、燃えて酸化物になります。
しかし、鉄などの場合はできるときの条件で赤い鉄の酸化物、黒い鉄の酸化物などというように、できる物が違ってきます。

酸素のはたらき

私たちの周りにある物はふつう空気中の酸素によって燃えます。
その酸素はいったいどんなはたらきをするのでしょうか。　

炭が燃えるのは炭をつくっている炭素という元素と酸素とが化合するからです。
化合して二酸化炭素ができます。このとき、熱や光をだします。

このように酸素とほかの物質が化合することを酸化といいます。
炭素が酸化されて二酸化炭素ができたわけです。

木や紙なども燃えます。
木や紙は炭素・水素・酸素からできていますが酸素と化合することによって二酸化炭素や水になります。

すなわち、炭素は二酸化炭素に水素は水にまで酸化されたのです。

空気中にふくまれている酸素の量は体積で20パーセントぐらいですが純粋な酸素をつくって、その中で物を燃やすと非常に激しく燃えることは酸素の性質のところで実験してみましょう。

金属も、酸素といっしょにして熱すると燃えます。

例えば、マグネシウムリボンや毛状にした鉄くず（スチールウール）は火の上にかざすと燃えます。

マグネシウムは燃えて白い粉になります。
これは、マグネシウムと酸素とが化合してできた酸化マグネシウムです。

鉄は燃えると黒くなります。

これは、鉄と酸素との化合物で、酸化鉄といいます。
物が酸化されてできたものを、酸化物といいます。

酸化物は、ふつう酸化される物のあたまに酸化ということはをつけて酸化………とよばれています。

酸化マグネシウムや酸化鉄などはその例です。

物をよく燃やす方法

紙切れやカンナくずはマッチの火でも燃えだしますが木や炭などはマッチの火では燃えだしません。
同じ紙でもきちんとそろえて本のようになっていると、なかなか燃えません。

それは、大きい固まりのようなものではマッチの火ぐらいでは充分温度を上げられないからです。

また、燃やすはたらきをする酸素が充分そばに近づけないからです。

鉄板やマグネシウム・アルミニウムの板や俸はマッチの火ではもちろん少しぐらい大きな火でも燃えません。

しかし、マグネシウムの粉やリボンはマッチの火でも燃えます。
鉄も毛状にしたスチールウールはマッチの火でも燃えて、赤い火の玉になり、あとは黒くなります。

石炭も、細かい粉になるとよく燃えます。

このように、小さい粒や粉にするとそれが小さな火にもよく囲まれて温度が上がり、周りに空気とくに酸素が充分存在することができるのでよく燃えるのです。

水や酸化鉄はなぜ燃えないか

物は、すべて小さい粒にすると燃えるとはかぎりません。
酸素と化合することができない物は燃えません。
水や酸化鉄は酸化物で、それ以上酸化されることがないので、燃えません。

水は水素の酸化物で、水素の燃えがらともいえます。
二酸化炭素も同じように炭の燃えがらということもできます。
ですから、二酸化炭素は燃えません。

ところが、一酸化炭素は酸化物ですがさらに酸素と化合して二酸化炭素になることができます。

そのとき、熱と光を出します。つまり、一酸化炭素は燃える物質です。

光を出さずに燃える物

鉄は空気中にほうっておくと赤さびになることがあります。

これも酸化です。

そのとき、光をだしたり、温度が上がることはありません。

酸化がゆっくり進むので、熱がでても酸化が進むあいだに逃げてしまい温度が上がらないのです。
しかし、酸化はどんどん進んで酸化鉄になっていきます。

ふつう鉄の製品などは表面にペンキなどをぬったりして空気中の酸素に触れないようにしてあります。

ゆっくりした酸化で大切なものに食物の消化があります。

食物が、私たちの体の中に入るといろいろなものに消化分解されますが最後には肺から取り入れた酸素と化合して二酸化炭素と水になります。

このときも光はでませんが熱はでます。

物が燃える様子

物が燃えることを燃焼といいます。
物が燃えるというのは、その物から光と熱がでてその物がだんだんに変化していくことをいうのです。　

太陽も、燃えていると考えた時代がありました。
それに、光もでているし、熱もでているからですが太陽はかわっていません。

もし、太陽の熱が石炭が燃えてでているものとすると数百年で石炭は半分燃えて、太陽の大きさも半分になっているはずです。

しかし、太陽の大きさが小さくなっていくことを証明した人はいません。
それで、太陽は石炭のような物が燃えているのだとは考えられません。

電燈も、光と熱を出していますが電球のフィラメントは、もとのままの姿ですからこれも燃えているとはいえません。

木・炭・ロウソクなどが燃えるときは光と熱をだし、そして燃えていくにしたがってだんだんと減っていきます。

物が燃えるときにいるもの

炭やロウソクは電燈の火と違って瓶の中などでは、しばらくすると消えてしまい長い間、燃えていられません。

これは、物が燃えるためには空気中の酸素が必要だからです。

それで、物を燃やすときには燃える物と、燃えるのを助ける物とをたえず補ってやらなければなりません。

コンロを調べてみると燃える物を入れるところと空気を送り込むところが必ずついています。

ストーブやボイラなどになると燃料の入口、空気の入口、燃えてできた物の出口というように燃え方を盛んにするためのいろいろな工夫がされています。

燃えるために必要なこと

物が燃えるためにはふつう酸素が必要です。
酸素は空気にふくまれていますが燃える物と酸素があるだけでは燃えません。

その物がある一定の温度にまで温められていなければならないのです。

その温度は物によっていろいろ違っています。
この温度のことを、発火点といいます。

イオウや赤リンの発火点は300℃ぐらいで木や木炭は450℃ぐらいです。

発火点を正確にはかることはできないのでここにしめしたのはだいたいの数値です。

反対に酸素が不足したり発火点以下の温度になると物は燃えなくなります。
コンロの空気の入口を塞ぐと火は弱くなり、ついには消えてしまいます。

これは、燃やすはたらきをする酸素が不足したからです。
また、火に水をかけると火は消えます。

これは、水蒸気ができて酸素を遮ることもありますが燃えている物を冷やして発火点以下の温度にするからです。