水素の・・・

質問

水素の特性である『爆発限界』の意味を誰か教えてください・・・
専門知識が殆ど無いので、出来るだけ平易に教えてください。
イメージ出来る様なら幸いです。
お手数ですがどうぞ宜しくお願い致します。

回答No.1

ht1914

爆発限界、燃焼限界は気体の燃焼ではいつも出てくるものです。水素に限りません。可燃性の液体の引火点も「蒸気濃度が燃焼限界の下限に達するのに必要な温度」ということですから関係があります。

水素が燃えるときの反応を表す反応式は
２Ｈ２＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ
です。これは反応材料と反応生成物の量の関係を表しています。燃焼はこの比率でなくても起こります。多い方が余ることになります。でもあまり片方が少ないと一部で起こった反応が全体に伝わることが出来ません。立ち消えのような状態になります。燃焼限界というのは反応が持続的に起こるための濃度の範囲のことです。化学反応式で表される比率の両側にある幅で存在します。

水素の特徴はこの燃焼限界が広いということです。
反応式の比率はＨ２：Ｏ２＝２：１です。空気中の酸素の割合を１／５としますと水素：空気＝２：５になります。この時の混合気体中の水素の割合は２／７ですから濃度は２８．６％です。
理科年表で爆発範囲を調べると４．０～７５％となっています。上に３倍、下には１／７倍です。
一酸化炭素の場合は１２．５～７４％と載っています。反応式は
２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２
で水素の場合と比率は同じですから水素の場合の範囲が広いというのがよく分かると思います。
メタンは５．３～１４％、エタノールは４．３～１９％です。
メタンの完全燃焼の反応式はＣＨ４＋２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏですのでメタン：空気＝１：１０になります。メタンの濃度は９％です。この場合は上に１．６倍、下には約０．６倍です。（爆発範囲は完全燃焼である必要はありません。燃えさえすればいいです。）

水素は特に下の範囲が広いということが分かります。濃度は低くても爆発するという面で特徴があるということです。

アセチレンも爆発範囲が広い物質の例です。２．５～８１％です。アセチレンは多分２段階の反応が可能ということから来ていると思います。
水素の爆発範囲がなぜ広いのかについては私には分かりません。