化学反応・核分裂反応・核融合反応のエネルギー比較
- iamdreamers
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化学反応、核分裂反応、核融合反応で発生するエネルギーの差について、その考え方を呟いてみる。いろいろ端折るけど。(・・・ごめんなさい、嘘です。勉強が足りなくてまだ途中なだけです・・・)
2013-03-02 18:19:18その前に・・・
核分裂と核融合の基礎知識
・・・は、おさえといてください。
化学反応によるエネルギー発生
まず、化学反応によるエネルギーについて。いわゆる燃焼と言う奴。これは分子の結合状態が変わることで発生する。まず、原子が分子として結合するときのエネルギーを、水素を例に考えてみるね。
2013-03-02 18:20:58化学反応によるエネルギー発生の考え方
水素原子の場合、他の原子と結合するための手を一つ持っている。(原子に手が生えているわけじゃないよ。イメージ。・・・言うまでもないか)水素原子が二つ結合して、水素分子になる。 http://t.co/D4r9kadHRh
2013-03-02 18:21:58逆に、水素分子に、結合するときと同じだけのエネルギーを外から与えると、分子の結合を解除して原子に分離する。 http://t.co/AWg0V9h07C
2013-03-02 18:23:24この、原子が分子に結合するときに放出されたり、分子を原子に分離するときに必要になるエネルギーが、結合エネルギー。この結合エネルギーは原子ごとに決まっている。水素と水素の場合、結合エネルギーは4.48[eV]。([eV]=電子ボルト。1[eV]=1.602×10^-19[J])
2013-03-02 18:24:36炭素の燃焼時の発生エネルギー
それじゃ、燃焼によってどれだけのエネルギーが取り出せるか、考えてみよう。ごく一般的な、炭素が燃えて酸素と結合し二酸化炭素になる場合で。
2013-03-02 18:25:19水素のときに出た他の原子と結合する手だけど、炭素は四本、酸素は二本、持っている。炭素は原子単体で分子を構成し、酸素は二つの原子が結合して分子を構成する。 http://t.co/1CC0Dy4Y1b
2013-03-02 18:25:57結合エネルギーは、酸素と酸素の場合2.56[eV]。炭素と酸素の場合4.15[eV]。あ、それぞれ手一つを繋ぐ場合ね。二つ繋ぐとこの二倍になるよ。
2013-03-02 18:26:27炭素を燃やして酸素と結合し二酸化炭素になる化学反応を化学式では、C+O2→CO2 と表せる。つまり、炭素分子一個と酸素分子一個(=酸素原子二個)が結合して二酸化炭素分子一個になる。このときのエネルギー変化を考えると・・・
2013-03-02 18:26:56まず、酸素分子の結合を解除しないといけない。酸素と酸素の結合エネルギーは2.56[eV]で、酸素は手を二本持ってるから、2.56×2=5.12[eV]のエネルギーを与えて結合を解除する。 http://t.co/xRt1h0j9hi
2013-03-02 18:29:08次に、分離した二個の酸素原子が一個の炭素原子と結合する。炭素と酸素の結合エネルギーは4.15[eV]で、炭素は二本の手で一個の酸素と結合し、さらに結合する酸素は二個あるので、4.15×2×2=16.6[eV]のエネルギーが放出される。 http://t.co/YYXzJKlct6
2013-03-02 18:29:44この、二酸化炭素の結合で放出されるエネルギーと酸素分子の分離に与えるエネルギーの差、16.6-5.12=11.48[eV] が炭素の燃焼で得られるエネルギーということになる。
2013-03-02 18:30:00・・・けど、とりあえず、二酸化炭素の結合で得られる16.6[eV]だけ考えることにする。(理由は・・・この後の核分裂と核融合に必要なエネルギー量を理解できてないからっ・・・ごめんなさい・・・)
2013-03-02 18:30:19核エネルギーの説明の前に
統一原子質量単位 とは
その前にまず、統一原子質量単位について。これは主に原子の質量を表すのに使う単位で記号[u]で表し、1[u]=1.661×10^-27[kg]。陽子や中性子の質量がほぼ1[u]なので原子質量を表すのに便利。
2013-03-02 18:31:18