空気とガソリンの混合比１～６％の謎

質問

名古屋のガソリン爆発事件について、ニュースで盛んに言っております。
「空気とガソリンの混合比が１～６％の場合は爆発する」と。
１％未満はわかりますが、６％以上で爆発しないのはどうしてですか？
燃焼はするけれど、爆発はしないという意味ですか。
それと、どうして爆発するのですか？
爆発するということは、一気に膨張するということです。
気体はそれいじょう嵩が増すのは難しいと思うのですが。

素人の考えでもうしわけありません。
宜しくおねがいいたします。

回答No.7

papi-pu · ベストアンサー

燃焼が持続するためには、燃えるもの、酸素、熱がずっと供給される必要があります。No.3の方が挙げた着火源は最初に熱を供給するために必要です。
この熱が必要な理由は、酸化反応が起こるためには、関与する分子がエネルギーを受け取って不安定な状態になる必要があります。この必要なエネルギーを活性化エネルギーといいます。熱はこのエネルギーと同じものだと考えてください。
化学反応はこの不安定になった分子の数が多いほど、速くなります。つまり、熱がたくさんあるほど激しく反応します。
逆に言うと、熱がない場合、不安定な状態になる分子がなくなるので、反応が起こらなくなります。

燃焼は発熱を伴うため、一旦燃焼が始まってしまうと、次々と近くにある分子に熱を供給して、どんどん反応が起こります。結果、燃焼が維持されます。

次に燃えるものが少ない場合はどうなるのでしょうか?
燃えるものが少ない場合、不安定な燃える分子の数が減ってしまいますので、反応の速度が遅くなります。そうすると、発生する熱の量も減ってしまうため、ただでさえ、近くにある燃える分子の数が減っているのに、さらにその分子を不安定化することが難しくなってしまいます。結果、燃焼が維持できなくなります。酸素が少なくなった場合でも、不安定化した酸素分子の量が減りますので、燃焼が維持できません。
このような理由で、燃焼できる範囲が気体ごとに決まります。

爆発は燃焼がさらに激しくなった状態で、短い時間で酸化が起こり、多量の熱を発生します。この熱により空気が加熱され、膨張しようとします。しかし、体積が限られているため、その分圧力が高くなります。どんどん反応が進んで、部屋の中の圧力を高めていき、窓を突き破るような爆風を起こします。
着火源から反応が始まって、反応してしまった部分は圧力が高くなり、膨張します。膨張した空気は周りの空気を押しながら、酸化反応を起こします。そして、膨張した空気は・・・というふうに反応する部分が着火源から遠ざかるように広がっていきます。この部分が爆風となります。

お礼

ありがとうございます。
燃焼と爆風のメカニズムがよくわかりました。

回答No.8

tds2a

ＮＯ１です、補足します。
気体濃度が高くなると爆発に必要な酸素が足りなくなる現象うです。
濃度が高いほど強い爆発であったらガスコンロやバーナーは危険で使う事が出来なくなります。

お礼

ありがとうございます。
結合する酸素との比率が決まっているわけですね。

回答No.6

ranx

> あの窓を割ったものの正体はなにですか？
ガソリンと酸素が反応することにより、全体のモル数が増加します。
平たく言えば、気体の粒が増えるのです。気体の体積は、
種類に関係なく（多少関係しますが）この粒の数に比例します。
ですので、これによって体積が急激に増えます。
さらに、反応によって熱が発生し、気体の温度が上がります。
気体の体積は概ね絶対温度に比例しますから、これによっても
体積が増えます。さらに反応に関係しない空気中の窒素等も
瞬間的に暖められて膨張します。
以上による急激な気体の膨張が爆風となったのです。

ちなみに、星が光っているのは原子核融合という反応で、
燃焼等の化学反応とは全く別です。

お礼

ありがとうございます。

＞ガソリンと酸素が反応することにより、全体のモル数が増加します

モル数、懐かしい言葉です。理屈はともかく増えてしまうわけですね。
星は原子核融合ですか。
星が爆発するのもその一種ですね。
ビックバンはなんでしょうか？まだ不可知なんでしょうね。

回答No.5

dejiji-

＞空気とガソリンの混合比１０％なら燃えますよね
いえ、燃えません。（爆発しません）
状況によっても違うでしょうが、上限を超えているのに燃えるのは、何らかの条件で、混合比が爆発範囲内に入った時です。上限を超えた状態が維持されていれば燃焼しないのです。しかし、このような状況の方が少ないと思います。
燃焼には酸素が絶対条件か？これは、例外もあります。例えば、アセチレンの場合は、条件次第で１００％でも燃焼します。
燃焼＝比較的緩やかな酸化反応
爆発＝急激な酸化反応
違いは、音？あの爆発音と言うものと、衝撃波かな。
混合比によってこのあたりは分かれるかと。車のエンジンでは、爆発（燃焼するだけではだめ）してくれないとエンジンは回りません。
そのほかにも、その時の圧力や、温度なども関係してくるので、一概には言えないですが。

お礼

ありがとうございます。
気体の燃焼というのはデリケートなものなのですね。
あの犯人は、よほど運が悪かったのですね。

＞爆発＝急激な酸化反応

　爆発の映像をみると窓が一斉に壊れています。あの窓を割ったものの正体はなにですか？つまり爆風のことですが。
１．膨張した空気。
２．膨張したガソリンの気体。
３．酸素とガソリンの酸化反応により生じた気体が膨張したもの。

回答No.4

・・・・ リナ（@engelrina）

一般的に、燃えるということは、燃料が空気中の酸素と結びつくこと、すなわちガソリンでいえば、炭素と水素が空気中の酸素と化合（酸化）し、熱によって燃焼することをいいます。
これが、急激に進行すると爆発となります。

粒子が細かいほど反応しやすいので、液体よりも霧状にした方が燃えやすいし、更に霧化から気化した方が空気との反応が急激に起こります。

理論上の計算では、ガソリン１ｇを完全燃焼させるためには、空気１５ｇが必要となります。このとき混合比は１５（空気）：１（ガソリン）になります。（理論混合比）

自動車のエンジンはガソリンの爆発エネルギーを利用したものですが、一番燃料消費の少ない混合比は１６：１です。（経済混合比）

お礼

ありがとうございます。

ガソリンは炭素と水素だったのですね。

回答No.3

dejiji-

爆発上限界を超えると燃焼しません。
１００％（ガソリンの中）はどうでしょう。ガソリンの中でライターで点火。燃えないでしょう。
燃焼するためには、燃えるもの・空気（酸素）・着火源が揃わないと燃焼しません。
ガソリンの場合は蒸発して、その蒸気と空気が一定の範囲になった場合に燃焼します。従って、部屋の中では燃える部分と燃えない部分が入り混じった状態になっていると思うのです。その丁度燃焼できる範囲に引火、外部から空気が流入して燃焼が継続。
下のＵＲＬが参考になるかも。

参考URL：

http://www1.fuji-tokoha-u.ac.jp/~kihara/chem/fire/inka-top.html

お礼

ありがとございます。

＞１００％（ガソリンの中）はどうでしょう。ガソリンの中でライターで点火。燃えないでしょう。

そうだと思います。
でも、空気とガソリンの混合比１０％なら燃えますよね。
爆発しないだけですね。

回答No.2

noname#25358

物が燃えるためには酸素が必要です。
　酸素が少ないと不完全燃焼を起こし、爆発力は弱まってしまいます。
　（別に萌えないわけじゃないですよ）

　ガソリンの場合、空気との最適な混合比率は「ガソリン１：空気１７」だと言われています。
　スポーツカーには空気の濃度を計測するセンサーが設置されていることがありますが、これは最適な混合比率を実現するためのものです。

補足

ありがとうございます。

＞物が燃えるためには酸素が必要です。

絶対条件なのですか？
窒素だけの空気の中では、ガソリンは燃えないのですね。
宇宙では星が爆発していますが、あれは燃焼とは違うのですか？

回答No.1

tds2a

爆発は気体の爆燃です。（可燃物の微紛飛散や金属微紛の酸化もある）
気体の爆発濃度には、アンダーリミット、アッパーリミットがあります。
ガソリンの気化ガスの値を指しているいることです。
都市ガス、ＰＬガス等の燃料ガスも同様です。

補足

ありがとうございます。

アッパーリミットを越えていたとき、火をつけたらどうなりますか？
普通燃焼ですか？
なぜ爆発しないのでしょうが？