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中学化学⑤ 化学変化とエネルギー

酸化 さんか Oxidation;還元 かんげん  Reduction (二つを合わせてRedox(Reduction=Oxidation)という )
酸素と結びつく反応を酸化、酸素がなくなる反応を還元といいます。例えば「燃焼」(=物を燃やすこと)は酸化反応です。

注意が必要なのですが、酸化反応と還元反応は必ず同時に起こります。一方の物質からみれば酸化、他方の物質から見れば還元が起こっている、と考えるのです。

燃焼 ねんしょう  Combustion [kəmˈbʌs.tʃən]; Burning
簡単に言えば「燃える」ことです。
(正確には、燃焼の意味は日常生活の「燃える」よりも広いのですが、酸素と結びついたときに炎や熱や光が発生する反応を思ってもらえれば問題ないです。)

熱(熱エネルギー) ねつ(えねるぎー)  Heat
科学の世界では、熱はエネルギーの一種と考え、熱と熱エネルギーは同じものを指します。

電気(エネルギー) でんき(えねるぎー)  Electricity
科学の世界では、電気はエネルギーの一種と考え、電気と電気エネルギーは同じものをさします。

電池 でんち Cell
電解質水溶液(うすい塩酸や硫酸などです;電解質とは、水などに溶けるとイオンに分かれる物質のことでした)に2種類の金属板などをいれ、その金属板を銅線でつないだ装置を電池といいます。この銅線には電流が流れます。

電池の仕組み:
どちらか一方の金属板の金属が電子をその板に残して、自分は陽イオンになる。
(どっちの金属が陽イオンになるかは、金属の組み合わせで違ってきます。陽イオンへのなりやすさ度を示す「イオン化傾向」と言われる指標があり、高校生で習うことになります)

電子が残されている方の板は電子のせいで-の電気を帯び、-極になる。

電子は、電解質水溶液中の陽イオンに引かれるので、もう一方の金属の方に銅線をつたって移動する
(電子が移動するとはすなわち、電流が流れることを意味します)
(最初に陽イオンにならなかったほうの板が+極になっています)


化学電池 かがくでんち Electrochemical cell
電池と言われると乾電池を思い浮かべることも多いと思いますが、乾電池は化学電池といわれるものに分類されます。化学反応を利用したエネルギーを直接利用して電気を生み出しているので化学電池といわれます。電気を生み出す、とは正確にいうと、電池自身の中にある物質の化学反応のエネルギーを電気に変換し、それを取り出すということを意味します。中学では、銅と亜鉛を利用して自前の化学電池を作ってみる実験をします。化学電池は充電できるもの(二次電池)とできないもの(一次電池)で分類することができます。

燃料電池 ねんりょうでんち Fuel cell
燃料電池は、水素などの燃料のエネルギーを、化学反応を利用して電気に変えるものです。化学電池も燃料電池も化学反応を利用することは変わりませんが、化学電池は電池自身の中にある物質の化学反応のエネルギーを電気に変え、燃料電池は電池の外から供給された燃料の化学反応のエネルギーを電気に変えるという点が違っています。化学電池は電池内にある反応物質が無くなったら使えなくなりますが、燃料電池は外から燃料を供給すれば(理論的には)ずっと使えます。

発電 はつでん Electricity generation
電気を作り出すことです。様々な発電方法があります。

火力発電 かりょくはつでん Fossil-fuel power generation; Thermal power generation
石炭や石油を燃やすことによって水蒸気が発生し、その水蒸気がタービン(羽がついた車輪のようなものに、磁石が組み込まれているもの)を回すことによって電気が発生します。この発電方法を火力発電といいます。磁石と力によって、電気が生まれるのです。これは電磁誘導とよばれるものです(電磁誘導は物理の分野で勉強します)。
原理的には、火力発電と自転車のライトは基本的に同じものです。

水力発電 すいりょくはつでん Hydroelectric power heneration
水を高い位置から落下させることによって生まれるエネルギーがタービンを回し、電気を生み出す発電方法です。
原理的には、これも火力発電や自転車のライトと基本的に一緒です。タービンを回すエネルギーを何から得ているかの違いしかありません。

原子力発電 げんしりょくはつでん Nuclear power generation
核分裂反応とよばれる反応が生み出すエネルギーを利用してタービンを回し、電力を得る発電方法です。
原理的には火力・水力発電と基本的に同じです。
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