酸素は重要ですが、必須ではありません 火のエレメント。無酸素環境で火を起こす方法はたくさんあります。
一枚の紙が燃えるのを見て、「地球の大気に酸素がなかったら、これは可能だったでしょうか?」と自問したことはありませんか? あるいは、「人間はどうやって火星に住む計画を立てているのですか?私たちの隣の惑星の酸素が枯渇した大気の中で火を起こすことは可能ですか?」このような質問を自問したことがある場合は、適切な記事を読んでいるということです。この一般的な質問の背後にある詳細を探っていきます。
酸素化された環境での木材の燃焼 (写真提供:Pixabay).
火とは?
キャンプファイヤーのそばに座って、燃えている薪を見つめていると、火の性質について考えたことがあるかもしれません… 「なぜそんなに魅力的なのですか？これらの炎は何でできていて、なぜ異なる色をしているのですか?火には、地球上の他のすべてのエンティティと同様に、化学組成、つまり化学式がありますか?まあ、これがあまり期待を裏切らないことを願っていますが、火自体には固有の化学式はありません .火は、一般に燃焼として知られる化学反応の結果に他なりません .
火の 2 つの主な構成要素は、燃料と酸化剤または酸化剤です。燃料は電子を失ったり酸素原子を受け取ったりする物質ですが、酸化剤はそれらの酸素原子を提供したり電子を受け取ったりする物質です。酸化剤から燃料に電子を移動させるこのプロセスは酸化として知られており、基本的に燃焼を構成します!
最も一般的の 1 つ 酸化剤は酸素であり、主に地球上での相対的な量と、その最外殻にある 2 つの価電子によるものです。ただし、酸素はそれだけではありません 周りの酸化剤。
炎は火の目に見える部分であり、主に二酸化炭素、水蒸気、酸素、窒素、フライアッシュなどのガスで構成されています。火の色は、何が燃えているかに関する多くの情報を提供します。さまざまな元素が燃焼して生成される光は、さまざまな波長として放出されるため、私たちの目にはさまざまな色に見えます。分析化学者は、炎の色によって化合物を簡単に検出できます。
酸化剤としての酸素の代替
前に見たように、酸素は燃焼反応で酸化剤の役割を果たしますが、その役割を再現できる化学種は、酸素の代わりになる可能性があります。たとえば、フッ素と塩素は優れた酸化剤です。三塩化炭素などのこれらの反応性非金属を含む化合物は、酸素がなくても金属を燃焼させることができます。
フルオロポリマーは、金属燃料の酸化剤としてフッ素を供給するために使用されています。臭素やヨウ素などの他のハロゲンも酸化剤として機能しますが、サイズが大きいため効果が低くなります.
モノプロペラントとハイパーゴリックの組み合わせにおける酸化剤
単元推進剤 酸化剤は燃料自体の分子に結合しているため、燃焼に酸化剤を必要としない燃料です。たとえば、水素が燃料として機能し、酸素が酸化剤として機能する、水素と酸素のシステムを考えてみましょう。このようなシステムは、燃焼に外部酸素 (または酸化剤) を必要としない単一推進剤システムとは対照的に、反応が酸化剤として別の化学種を必要とするため、バイプロペラント システムと呼ばれます。ヒドラジンは、最も一般的に使用される単元推進剤です。
ハイパーゴリクス 発火源を必要とせずに自然発火する 2 つの材料の組み合わせであるため、酸素を必要としません。それらは外部の点火源に依存しないため、容易に制御でき、理想的なロケット推進剤になります。
Aerozine 50 + 四酸化窒素 (NTO) は、Titan II を含む多くのアメリカのロケットで使用されています。 そしてアポロ月着陸船。
核反応はどうですか?
核反応はどうなのか？視覚的には、それらは火と同じ結果 (熱と光) を生成し、酸素のない太陽のような遠く離れた星 (太陽は燃えていると言います) でも発生します。これらの星で起こっていることは、核融合反応に他なりません。核融合についてよく知らない人のために、この考えをもう少し深く掘り下げてみましょう。
核融合 (写真提供:Hovereel /Wikimedia Commons)
核融合反応では、2 つの軽い原子核が結合して重い原子核を形成し、膨大な量の光と熱エネルギーを放出します。核融合は太陽に動力を与えるものです。重水素とトリチウム (それぞれ水素、水素 2、水素 3 の同位体) の原子は、極端な温度と圧力の下で融合し、中性子とヘリウム同位体を生成します。この反応は、水素が酸素の役割を果たしていることを除けば、燃焼と非常によく似ています。
最後の言葉
他の惑星での火の実現可能性は議論の問題のままですが、いくつかの要因を考慮する必要があるため、火星に居住地を建設したり、火星の他の場所にある地球に似た惑星を探索するための宇宙探検を計画したりすることを想像力に任せないでください.
そうは言っても、酸素は、その豊富さと効率のために、火の燃焼を含む多くのプロセスにとって地球上で最も重要であり続けています.過去 100 万年間、大気中の酸素レベルは低下してきましたが、幸いなことに、地球上の生命に重大な問題を引き起こすほどではありません。しかし、人類には他にも多くの問題があり、その解決に貢献していることは間違いないため、やるべきことはたくさんあります!
