火炎の温度

質問

燃焼ガスとして、メタンを燃焼させたときよりも水素を燃焼させたときの方が火炎の温度が高いと言われているのですが、なぜでしょうか？ガラス工作でも、石英などの硬質ガラスを切断する際には水素を用いるらしいです。
メタン、水素の燃焼熱を調べるとメタンの方が水素に比べて燃焼熱が高く火炎の温度が高くなるのではないかと思うのですが。
ご存知の方宜しくお願いします。

回答No.3

DexMachina · ベストアンサー

No.1です。

> 反応速度が質量に反比例するという仮定

反応速度そのものではありませんが、同一温度の気体で分子の移動速度を比較した場合、軽いものほど早い、ということからの類推です。
(「燃焼＝酸素との反応」なので、酸素とぶつかる確率が高いほど、反応も早くなるのでは、と。「酸素との反応のしやすさ」は無視した仮定になっていますが、燃焼はラジカル反応なので、それほど逸脱した結果にはならないと思います)

お礼

Dex Machinaさん、回答ありがとうございました。
とても参考になりました。また機会があればお願いします。

回答No.2

noname#21649

水素は物騒なので使ったことがありません。
燃焼温度のけいさん方法は
入ってくる燃料+酸素の分量から.

理想気体としての定圧モル比熱で一定
燃焼効率を適当に
仮定します。

燃焼効率と化学反応式から発生するガス量を.燃焼効率から実反応のガス量を求めて

燃焼熱によるガス温度を求めます。ですから単に発生熱量の比較ではないです。
私が計算すると計算間違いをするのでしません。計算してみてください。

回答No.1

DexMachina

それぞれの燃焼熱を比較すると
　　水素:286kJ/mol
　　メタン:890kJ/mol
と、C-H結合が4つあるメタンの方が、H-H結合が1つの水素よりも大きいので、疑問に思われるのももっともです。

確かに、完全密閉・断熱された空間(酸素は充分あるものとして)で、水素とメタンを同じ体積(≒同mol)だけ燃焼させた後、その空間全体の温度(正確には熱量)を比較するのであれば、燃焼熱の大きいメタンを燃焼させた空間の方が高くなります。

では、なぜ水素の方が火炎の温度が高くなるのか?
それは、「燃焼反応の速度が、分子の小さい水素の方が圧倒的に早いから」です。

実際のそれぞれの反応速度のデータはわかりませんが、仮に「質量(分子量)に反比例する」と考えると(実際にはそんなに単純ではないはずですが)、
　　水素:分子量＝2　→　相対反応速度:1/2
　　メタン:分子量＝16　→　相対反応速度:1/16
となり、水素はメタンの8倍の反応速度となります。

すると、水素1molが燃焼するのに仮に1秒掛かるとすると、メタン1molが燃焼するのに8秒掛かることになるので、単位時間当たりの燃焼熱は、
　　水素:286KJ/mol÷1sec/mol＝286kJ/sec
　　メタン:890kJ/mol÷8sec/mol≒111kJ/sec
となります。

数字はあくまで適当ですが、それでも相対比で2倍以上という大きさを考えれば、「水素の方が火炎の温度は高い」ことにも納得していただけるのではないでしょうか。

補足

回答わざわざありがとうございます。
燃焼熱の方ばかりに気を取られて反応速度のことに目がいってませんでした。
補足ですが、反応速度が質量に反比例するという仮定が分からないのですが…。
どういう見解の元そのような仮定をされたのでしょうか？