炎の中で何が起こっているの？

質問

ものが燃えるときに炎を出しますよね。高熱や光を連続的に発していますが、あの中ではでは一体何が起こっているのでしょうか。
　また、炎を出さずに燃えることもありますが、どう違うのでしょうか。
　燃焼（に限らず人間の体の中などでも）の後で、燃焼に関わった物質（気体も含めて）の質量が減っているはずでよね。Ｅ＝ＭＣ＾２が当てはまるとすれば、とても小さな質量ですが、エネルギーを放出している以上は質量も減っていると思うのです。これは正しいのでしょうか。もし正しいとすればどう説明できるのでしょうか。子供のような質問で恐縮ですが、よろしくお教え下さい。

回答No.4

chukanshi

普通に物が燃えるといったときは、化学反応が起っている場合を指します。これは、化学結合のエネルギーが熱エネルギーに変換されているのであって、質量エネルギー（mc^2)が熱エネルギーに変換されているわけではありません。したがって、質量欠損は起りません。
燃えるということは、熱とともに光をだす化学反応が起っていることの一種の現れと考えてよいでしょう。

炎の問題ですが、これは、化学反応が起ったときに、「燃えかす」がまわりで燃えている状態になっています。例えば、ガスの場合は、ある程度、広がりをもって化学反応がおこるので、炎に見えます。木や紙が燃える場合は、二酸化炭素になりきれない、すす（燃えかす）が飛び散り、それが再度燃えているので、炎が見えます。スチールウールでは、そのような燃えかすが飛び散らないので、炎は見えません。

お礼

お答えいただきまして感謝します。燃焼は質量欠損がない反応であることは分かりました。動物が生活のために必要とするエネルギーも、もともとは光合成によって成し遂げられた分子の化学結合のエネルギーを利用しているということも理解できました。

　さて、すべての化学反応の実体は物理現象である、という観点にたったとき、燃焼の時起こる光や熱が連続して発生するおおもとの物理現象は解明されているのでしょうか。

　一定の振動数や振幅をもった電磁波が放射されるには、電子の軌道が変わるなどの量子力学的な解釈が成り立つ場合もある、と考えられます。もしそうなら、炎の光る場所で一体何が起こっているのか、結果としての酸化や還元反応にどのように貢献しているのか、自発的な連続がどうして起こるのか（火は条件が続く限り消すまで消えない）、とても不思議に思えたのです。

　自然状態で、光や熱が連続して発生する現象の種類は、私が知る限り指を追って数えるほどしかありません。たとえば恒星活動や金属ウランからの放射現象に関しては、詳しく解説した書物も多いと見受けられますが、一般的な燃焼現象に関しては探した限りではなかったのです。

　なんだか、子供に何か聞かれたとき、なんでなんで、と畳み込まれるような質問ですが、たぶん、ここで答えるにはボリュームが不足するのかもしれませんね。

　最後までよんでいただきありがとうございました。