燃焼という言葉は、比喩も含めると広い意味で使われています。脂肪や情熱を燃やすのは構いませんが、ここでは基本的な「燃焼」について整理したいと思います。
いろいろ整理してから気付きましたが、消防研究センターのWebサイトに燃焼について詳しく解説しているページがありました。。
そこで基本的な仕組みは上記サイトに委ねるとして、この記事ではおもに燃焼の化学反応について言及したいと思います。
燃焼とは
調べると様々な表現が出てきますが、一言で言えば光と熱を生じる酸化現象です。ここでの酸化現象は、可燃物が酸素と結合する化学反応のことです。
炎が出る燃焼もあれば、炭火のように炎が出ない燃焼もあります。また、燃焼反応が瞬間的に進むと爆発になります。
燃焼の条件
燃焼には、次の三要素が必要です。
- 可燃物
- 酸素
- 熱エネルギー
可燃物
燃えるもの（燃やすもの）が必要です。わかりやすいのは木材や紙などですね。水素やプロパンガスのように、目に見えないガス状の可燃物もあります。
酸素
可燃物を酸化させるために必要です。
熱エネルギー
木材が空気中の酸素に触れているからといって、それだけで燃えるわけではありません（もしそうなら森林はすべて燃えてしまう）。燃焼には、熱エネルギーも必要になります。
燃焼の仕組み
例として、木炭の燃焼を化学反応式で示すと次のようになります（簡単にするため、木炭は不純物のないものを仮定しています）。
\begin{eqnarray}
C + O_2 \rightarrow CO_2
\end{eqnarray}
酸素は単体の原子（\(O\)）で存在するより、分子（\(O_2\)）の方が安定しています。ここでいう「安定」とは、エネルギーが低く、化学反応が起こりづらい状態を意味します。\(CO_2\)は炭素の両側に酸素が結合する構造（\(O=C=O\)）なので、酸素分子の結合が一旦外れて酸素原子になる必要があります。
酸素分子よりエネルギーが高い酸素原子の状態になる（結合が外れる）には、熱エネルギーが必要になります。そのため、木炭を燃やすには種火が必要になります。
酸素が原子になったあとは、上式の左辺の状態（\(C + O_2\)）よりも右辺の状態（\(CO_2\)）の方が安定（エネルギーが低い）ので、左辺から右辺の方向に反応が進みます。
着火したあとは、木炭自身が燃えることで生じる熱エネルギーによって燃焼反応が継続します。
燃焼を止めるには
木炭の例で言えば、次のいずれかで燃焼反応が止まります。
- 炭素がすべて\(CO_2\)に変換された
- 酸素の供給がなくなった（密閉空間などで空気中の酸素がなくなった）
- 冷却されて熱エネルギーが奪われた
消火というと水をかけるイメージがありますが、これは熱エネルギーを奪う手段に該当します。特に、水が水蒸気になる際に多くの蒸発熱を奪うようです。
他には布を被せて消火するイメージもあります。これは酸素の供給を止める手段に該当します。火が小さいうちは、これでも対応できそうです。
なお、江戸時代には長屋が多くありましたが、隣家と接しているために火事が広がりやすかったようです。当時は破壊消防と言って、燃え移る前に家をぶっ壊すのが普通だったようです。これは可燃物を除去する（上記の例では炭素がなくなった状態に相当）手段に該当します。
おわりに
やっぱり冒頭で紹介した消防研究センターの記事を読んだらいいんじゃないかと思います（笑）。燃焼に必要な熱エネルギーとか、可燃物ごとに比較しても面白いかも。
