木材は多数の異なる化合物で構成されており、それぞれが異なる温度で溶けるため、金属とは異なり、木材は溶けずに燃えます。
人生で一度は考えたことがあるのではないでしょうか? いいえという答えも、もうおわかりでしょう。 .
南極大陸の氷山が大気温度の上昇によって溶けているのであれば (地球温暖化は現実です)、燃えているアマゾンの熱帯雨林が、ちりやすすに変わるのではなく、なぜ溶けないのでしょうか?
答えは確かに、氷やその他の均一な固体とは異なる木材の化学組成と関係がありますが、詳細はおそらくまだ謎のままです…
木材が溶けるのを止めるのは何ですか?
固体は特定の温度で溶けて液体になり、さらに加熱すると液体が最終的に気体に変化することは既にご存じかもしれません。ここでの一般的な誤解は、硬くて丈夫な物体はすべて固体であるというものですが、純粋に科学的な用語で話す場合はそうではありません。固体は純粋な結晶です 密集した格子を持つ物質。 簡単に言えば、固体は単一の元素または分子で構成される物質であり、そのため、その形態全体に一定の分子間結合があります。
一方、木材は、水分子、リグニン、セルロース (どちらも長鎖有機化合物) が複雑な化学結合でしっかりと結合した非結晶性固体であり、それぞれ固有の融点を持っています。その結果、木材を燃やすと最初に水分子が蒸発し、セルロースとリグニンの結合が絡み合います。次に、これらの分子が大気中の酸素と反応して、象徴的なブラック カーボン チャーが生成されます。これは熱分解として知られています .
絡み合ったセルロース繊維を示す木材の高倍率画像 (写真提供:TinyPhoto/Shutterstock)
大気の障害から離れた真空中で木材を燃やすと、各成分がそれぞれの融点で溶け、最終的には溶けた木の塊になると思うかもしれません.しかし、そうではありません。
真空中で木を燃やす
水分子やそのような揮発性物質は真空中で蒸発しますが、広範なセルロース繊維が木材の液相への移行を強力に阻害します。木の丸太に与えられた熱は、代わりにセルロースの弱いカルボニル結合を壊し、メタンと、炭素と水素、木炭と二酸化炭素を含む有機化合物を残します.
溶けることと燃えることの違い
融解とは、物質の状態を一定の温度で固相から液相に変化させるプロセスです。この温度は、特定の圧力条件での融点であり、すべての物質に固有の点です。この状態変化の間、物質の化学組成と分子式は同じままです。
ガリウムは、約 29 度 (人間の通常の体温) で溶ける金属の 1 つで、手の中で溶けます。 (写真提供:e_rik/Shutterstock)
ただし、私たちの実験では、木材を「燃やしています」。燃焼は本質的に物質を酸化する方法です。この物質は酸素と相互作用し (ほとんどの場合)、新しい化合物を完全に形成します。この新しい物質は、元の物質と比較して分子式が異なり、外観と物理的特性のセットが完全に異なる可能性があります。
木材を燃やすと、水蒸気と二酸化炭素を含む煙が排出され、カーボン ブラック (木炭) が生成されます。 (写真提供:Buncha Lim/Shutterstock)
加熱していた木材が実際に燃えており、溶けていないことがわかったので、新しいひねりを加えましょう.
実は木を溶かす方法があります…
木を溶かす方法はありませんか?
理論的には、別の手段を使って木材を溶かすことは十分に可能です。標準的な圧力と温度では、炭素の融点は摂氏 3500 度です。この融点が特定の温度 (圧力を操作することで実験的に達成) まで下がると、木材は「おそらく」溶ける可能性があります... (「可能性」にストレスがかかることに注意してください。多くの場合、現実世界で経験される実際の現象とは大きく異なります)。
私たちは技術的に上記のラボ条件を生成することができますが、この仮説をテストする公開された文献や研究論文はありません.
その点に到達するまでは、木は溶けないとしか結論付けられません …まだ!
