二酸化炭素について

質問

二酸化炭素、ものを燃やすと簡単に生成されますよね。
でも、酸素と炭素に分解するとなると引き離すのに大変なようですね。なぜでしょうか。
すいません私の知識は「高校の物理・化学レベル」です。できるだけわかりやすくお願いいたします。

回答No.4

nihonsumire

ご存じのように、炭素は結合する手が4つ、酸素は2つ、2本の手同士で結合し、いわゆる2重結合になってるからです。
例えていうと、Aさん（4本手があるとして）一人の右の両手と、Bさんが両手でで握り合い、Ａさんの左の両手にCさんが両手で握ってるとします。A、B、Cを引き離すの大変ですよね。

回答No.3

head1192

これには結合エネルギーが係わっている。

この世のものは低エネルギー状態を好み、高エネルギー状態にあるものは低エネルギーになろうとする。
だから物は落ちようとする（重力ポテンシャルエネルギーの放出）し熱いものは冷めようとする（熱エネルギーの放出）。

化学結合エネルギーも同じである。
高エネルギー状態の結合は不安定で、低エネルギー状態に移ろうとする。
たとえば生命のエネルギー通貨ATPは、高エネルギーリン酸結合という状態にあるため、簡単にエネルギーを放出し他の物質に分け与える。

酸素や炭素も同じである。
酸素同士、炭素同士で結びついているより二酸化炭素になっている方が低エネルギーであり安定である。
だからエネルギーを放出（燃焼熱）して容易に二酸化炭素になる。
一方二酸化炭素から単体の炭素になるにはエネルギーを得なければならずハードルが高い。

いわば、酸素同士、炭素同士は山の頂上にある状態、二酸化炭素は谷底にある状態、である。

回答No.2

kon555

たしかに簡単に生成されます。それは酸素と炭素が極めて結びつきやすく、また二酸化炭素という形が安定しているからです。
　簡単に生成される「から」引き離すのが大変なのです。

　要は相性のいいカップルみたいなモノで、ほっとくと些細な拍子でくっ付きます。一度くっ付くとその状態の方が自然なので、普通はバラバラになりません。別れさせるには多大なエネルギーを要します。

回答No.1

webuser

Bingに聞くと以下のように答えてくれました。

二酸化炭素を分解する方法はいくつかありますが、ここでは主に電気分解と光触媒による方法について紹介します。

電気分解とは、電気を使って二酸化炭素を一酸化炭素と酸素に分ける方法です。 二酸化炭素を溶融した塩に吹き込み、プラスとマイナスの電極を差し込んで電流を流すと、マイナス極に炭素ができます。 炭素には2種類あって、ブドウのような細かい球状炭素と、カーボンナノチューブが製造されます³。 電極の材料や電圧によって、生成される物質の種類や量が変わります¹。 この方法は現在の所低いエネルギー効率（40%程度）¹に実用化を阻まれており、効率を改善するための電極触媒の開発が進められています¹。

光触媒とは、光のエネルギーを使って二酸化炭素を分解する物質のことです。 光触媒は太陽光に含まれる可視光を有効利用して、二酸化炭素を一酸化炭素や水素などに変えます⁴。 光触媒の種類や反応条件によって、生成される物質の種類や量が変わります²。 この方法は現在の所高いエネルギー効率（80%以上）⁴を示すものもありますが、光触媒の安定性や耐久性、合成法などに課題があります⁴。

以上のように、二酸化炭素を分解する方法は様々な可能性を秘めていますが、まだまだ研究開発が必要な分野です。 二酸化炭素を資源として再利用することで、温暖化対策やエネルギー問題に貢献できるかもしれませんね。

ソース: Bing との会話 2023/9/12
(1) 二酸化炭素ガスを炭素と酸素に分解する新提案 大学院工学研究 .... https://www.sustainability.hokudai.ac.jp/9132/.
(2) 二酸化炭素の電気分解 - Wikipedia. https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E9%85%B8%E5%8C%96%E7%82%AD%E7%B4%A0%E3%81%AE%E9%9B%BB%E6%B0%97%E5%88%86%E8%A7%A3.
(3) 太陽光でCO2を分解可能に、合成が簡単な光触媒の開発に成功 .... https://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/2105/18/news051.html.
(4) 未来ではCO2が役に立つ？！「カーボンリサイクル」でCO2を .... https://www.enecho.meti.go.jp/about/special/johoteikyo/carbon_recycling.html.
(5) undefined. https://hdl.handle.net/10228/1922.
(6) undefined. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c08993.