4.1 木
History of Burning Wood
木は数千年前からエネルギー源として使われ（最初に火を使ったと判断されたのは40万年前に考古学者によって人間が生きていたことが発見されて）、火を起こすには明らかに木であることが必要だった。 アメリカ大陸では、1637年、ボストンの人々が薪の不足に悩まされた。 入植から1世紀足らずで、アメリカ初のエネルギー危機となった。 1700年代後半、ベンジャミン・フランクリンは室内用の鋳鉄製ストーブを発明した。 1700年代後半、ベンジャミン・フランクリンは室内用の鋳鉄製ストーブを発明し、火が消えても室内に熱がこもるようにした。 しかし、このストーブは空気を取り込むことができないため、すぐに火が消えてしまうという欠点があった。 3677>
薪を燃やす
まず、メタン分子という物質から、エネルギーがどこに蓄えられているかを見ていきます。 メタンの燃焼は発熱性（反応が進むと熱を放出する）ですが、メタンと酸素が存在し続けることで反応が持続するため、反応を開始させる必要があります。 下の式は、この反応を化学量論的に表したものです：
CH 4 +4 O 2 → CO 2 + H 2 O (plus heat!) この式は、互換性のないブラウザのために正しく表示されません。 対応ブラウザの一覧は、オリエンテーションの「技術要件」をご覧ください。
図4.1は同じ反応物、生成物でも、反応前と反応後の結合を分子・原子レベルで示したものです。 各分子の原子の数は変わらないが、原子がどのように配置され、どのように結合しているかは変わる。 実際に変わるのは、原子がどのように結びついているか、つまり化学結合だけなのです。 燃焼系からエネルギーが出てくるのだから、4つのH-O結合と2つのC-O結合よりも、4つのC-H結合と2つのO-O結合の方がより多くのエネルギーが蓄積されているということになるのだろう。 化学燃焼の際に放出されるENERGYは、燃料&酸素の化学結合に蓄えられたENERGYからくる。
反応物質で何が起こっているかを説明した文章はここをクリックして下さい。 メタンは2個の酸素分子と反応する。 メタンの4つの水素はすべて1つの炭素原子に4つの単結合でつながっている。 酸素分子は、それぞれ2個の酸素原子が二重結合でつながっています。
燃焼中、原子は再配列し、新しい結合を形成します
生成物。 炭素原子は、炭素と各酸素の間の二重結合で2つの酸素原子に接続し、1つの二酸化炭素分子を生成します。 さらに、残りの酸素原子がそれぞれ残りの水素原子2個と単結合を2個形成し、水分子が1個生成される。 反応の正味の生成物は、CO2分子1個とH2O分子2個です。
メタンの燃焼の反応化学はわかりましたが、木材はメタンよりはるかに複雑な物質です。 木材には最大で50％の水分が含まれています。 木材に含まれる水分は木材の発熱量を低下させ、木材が非常に湿っていると煙の多い火になる。 木材の主な成分は（これについては後のレッスンで詳しく説明します）、セルロース（紙の原料）とリグニン（木が頑丈な構造を持つための部分）です。 火をおこすには、通常、燃えやすいものに着火して木を加熱する必要があります（新聞紙や「ファイヤースターター」などがこれにあたります）。 熱によって成分が分解され始め（したがって、技術的にはまだ「燃焼」していない）、蒸気と炭が生成されます。 蒸気は「揮発性物質」と呼ばれ、炭は炭素と灰で構成されています。 実際に燃え始めるのは揮発性物質であり、炎を発生させる。 炭素を多く含む炭は、火を持続させるために必要な燃えかす、つまり「炭」を作り出す。 木材は通常、硫黄を含まないので、硫黄酸化物（SOx）は発生しません。
木材の燃焼には問題があることもあります。 煙は、燃焼しなかった、あるいは部分的にしか燃焼しなかった微粒子から発生し、大気を汚染する可能性があり、一般に木の樹脂から発生します。 1人や2人が薪を燃やしているときは問題にはなりませんが、何千人もの人が暖炉で薪を燃やしているときは問題です。 ペンシルバニア州のステートカレッジでは、冬になると暖炉の煙が空中に舞うのを見ることができます。 また、暖炉で薪を燃やすと煙突に煤やクレオソートが付着し、定期的に掃除をしないと発火することがあります。 薪を燃やすと、灰（薪や石炭に含まれる鉱物が燃焼条件下で空気と反応したもの）が出るので、その灰を処理しなければなりません。 また、木の煙には、発がん性のあるさまざまな化学物質が含まれています
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