化学エネルギーとエネルギー・質量保存則

質問

物質が持っているエネルギーが化学エネルギーです。
物質の質量をエネルギーに変えることもできます。
物質の質量をエネルギーに変えることができるのであれば、物質の質量は化学エネルギーなのでしょうか？

回答No.7

ht1914 · ベストアンサー

熱エネルギーについてコメントします。
化学エネルギーは化学結合に関係してのエネルギーです。原子が分子になったりイオンになったりするときには原子の結合状態が変化します。電子の状態も変化します。結合エネルギーの差が出たり入ったりします。今までの回答を見ると化学エネルギーは熱エネルギーのことであるという表現を使われている人が多いです。これは間違いです。化学反応に際して熱エネルギーとして出てくることがあるということであり、同じものではありません。＃６の方の回答に熱エネルギーは分子の運動エネルギーと有ります。当然これは化学エネルギーではないでしょう。化学結合のエネルギーは原子核と電子の間に働いている電気的な力が基本ですからエネルギーの大きさもその程度です。化学エネルギーを熱を経由しないで取り出す事も出来ます。電池はその例です。燃料電池は水素と酸素の反応と同じ事が中で起こっていますが熱を通ってから電気エネルギーになっているのではありません。よく脂肪を体内で燃やすという表現をします。これも化学反応によるエネルギーの出入りを熱でしか発想できない人の謝った表現です。栄養素を反応させてそのエネルギーで筋肉を動かすとき、熱を経由しているのではありません。生体に必要な物質を合成するのも熱を通っていません。

原子核は陽子と中性子が結びついて出来ています。この結合エネルギーに当たるものが原子核エネルギーです。普通の化学反応では原子核は壊れません。周辺の電子が移動するだけです。Ｅ＝ｍｃ２に当たるエネルギーは原子核の結合エネルギーに関係します。質量数２の水素には陽子一つと中性子１つが含まれています。この原子核の質量は陽子１つの質量と中性子１つの質量を加えたものよりも小さくなっています。別々に存在していた２つの粒子がくっついて１つになると結合エネルギーの分だけ質量が小さくなります。

どれも物質ですが成分粒子を結びつける力の性質に違いがあります。区別する必要があります。
水素や酸素の原子核を作る結合、水素と酸素から水を作る結合、水と水が集まって液体の水や固体の水を作る結合、性質も大きさも違います。これをはっきりと区別する必要があります。
地球の上で起こること、太陽系で起こること、銀河系で起こること、こういう事が区別されていないと何を言っているかがわからなくなるのと同じです。

化学エネルギーは熱エネルギーではありません。原子核エネルギーも熱エネルギーではありません。エネルギーは互いに姿を変えて移り変わりますから熱として現れることもあります。電熱器で熱を取りだしたからと言って電気エネルギーが熱エネルギーだとしてはいないはずです。エネルギーは姿を変えても量は変わらないと言うのがエネルギー保存です。量として同じだから同じエネルギーがと言うのは困ります。

回答No.6

chiezo2005

＃２です。
まず，「質問の物質が持っているエネルギーが化学エネルギー」といっている物質の定義が，
後半の「物質の質量を・・・」といっているときの物質と違うと思います。

前半の物質は水の分子や，金属，酸化物などの化学物質です。このような物質が持っているエネルギーを化学エネルギーと呼んでいる場合には，化学結合の変化に伴い発生（吸収）するエネルギーです。つまりこの「物質」という言葉は「化学物質」と呼びなおしたほうがはっきりすると思います。

後半の物質は，E=MC2のことをさしていると思いますが，このときの物質は化学(電子のやり取りと考える分野）で扱う物質ではありません。

核物理学，素粒子物理学で扱う物質です。つまり，陽子，中性子，ガンマ線，中間子，電子そのもの・・・
などです。
そこのところをちゃんと理解してください。
同じ物質と呼んでいますが，ちょっと違うものです。

水素と酸素の持っている化学エネルギーが燃焼という化学変化で熱エネルギーに変化するという表現が化学エネルギーという言葉の正しい使い方です。
熱エネルギーとは何かというと，分子の振動の運動エネルギーですよね。
あるいは，電池などでは化学エネルギーから電気エネルギーを取り出すものという表現をします。

物質という言葉にあまりこだわらないほうがよいと思います。

回答No.5

Aselia

おお、核反応の事をすっかり忘れていました。
補足および訂正ありがとうございます。

回答No.4

cliomaxi

＞ちなみに真ん中の現象は対消滅反応と言います。
有名なのは陽子と反陽子。電子と陽電子の対消滅ですね。

ちょっと違います。
質量はエネルギーの一形態と言うことが出来ます。
この質量をエネルギーに変換することと「対消滅」は意味が異なります。
「原爆」はこの「質量とエネルギーは等価である」事を元に設計製造されました。
「FatMan」や「Little Boy」に「反物質」が搭載されてたら凄いことです。

お礼

回答ありがとうございます。

>質量はエネルギーの一形態と言うことが出来ます。

熱エネルギーや運動エネルギーと並んで、質量を挙げることができるということでしょうか。

発熱反応であれば全体の質量は僅かに減り、吸熱反応であれば全体の質量は僅かに増えるということになるのでしょうか。（化学の世界では無視するべき質量の変化であるとしても）

回答No.3

Aselia

内容がよくわからないので詳細に。
物質が運動や静止している状態でもっているエネルギーを化学エネルギーを総称している。

物体のもつ質量全てをエネルギー（この場合化学エネルギーか不明）に変換することができる。

上の問いが成立するのならばその結果発生したエネルギーは化学エネルギーに分類されるのか？

ですか？
ちなみに真ん中の現象は対消滅反応と言います。
有名なのは陽子と反陽子。電子と陽電子の対消滅ですね。
ただしそれがどのようなエネルギーなのかは判別できません。物質加速の熱や運動エネルギーが周囲に蔓延しているためです。質量が小さすぎるのも一つの理由かと。
宇宙空間でよく起きているそうなので、これも化学反応の一種と呼べるのでしょうか……

お礼

回答ありがとうございます。
>物体のもつ質量全てをエネルギー（この場合化学エネルギーか不明）に変換することができる。

この場合は、熱エネルギーや光エネルギーなのかなというイメージです。原子力発電は、質量を熱エネルギーに変えることで水蒸気をつくり、タービンを回しているわけですから。
原子力発電で熱エネルギーの元は何かといわれれば、原子力エネルギーと答えるのでしょうが、原子力発電の燃料以外でも、原理的には質量をエネルギーに変えられるわけで、その場合も原子力エネルギーというのはちょっと違うのかなと思いました。
そのため、化学エネルギーの一種であると考えられるのだろうかという質問です。

回答No.2

chiezo2005

化学という分野は普通，原子同士の電子のやり取りと扱う学問です。
したがって化学エネルギーといった場合には，化学反応，たとえば水素と酸素が反応して（この場合は水素と酸素の電子のやり取り）水となり熱が発生しますが，この熱を化学エネルギーと呼びます。
そういう意味で物質がもっっているエネルギーすべてが化学エネルギーでなくて，主として，化学反応（電子のやり取り）によって発生したり，吸収したりするエネルギーを化学エネルギーと呼びます。
もちろん化学反応によって発生した化学エネルギーのぶんだけ，物質の質量は小さくなっています。
（つまり水素＋酸素が反応してできた水はもとの水素＋酸素の質量より非常にわずかですが小さくなっています）。しかしこのような化学反応による質量の変化は非常に小さいものです。
物質の質量といった場合にはほとんど原子核の重さで決まってしまいますから，その場合の質量の変化は主として原子核反応によるものです（核融合，核分裂など）。したがって，物質の質量を化学エネルギーとは普通は呼びません。

お礼

回答ありがとうございます。
>もちろん化学反応によって発生した化学エネルギーのぶんだけ，物質の質量は小さくなっています。

ただし、それはとてもとても僅かな量なので、化学の世界では扱わないことにしているということでしょうか。

>物質の質量を化学エネルギーとは普通は呼びません。

では、物質の質量は何エネルギーと呼べば良いのでしょうか。

回答No.1

cliomaxi

＞物質が持っているエネルギーが化学エネルギーです。

これは例えばその物質を燃やして得られるエネルギーや電池に蓄えられた電気、食べ物を食べて得られる熱量等を指します。

E=MC^2とは根本的に違います。

お礼

回答ありがとうございます。
なるほど。ということは、E=mc^2であらわされる、エネルギーは何エネルギーといえばよいのでしょうか。質量って事で良いのかな。