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変化(相転移と化学反応)

物質の変化には、 物理学的な変化の相転移と、 化学的な変化の化学反応があります。
化学反応に関連しているものとして、 ここでは触媒と接着剤を取り上げています。

相転移や化学反応の シミュレーション には2つのアプローチがあります。 ひとつは、反応速度式のようなマクロな視点の理論によるものです。 そして、もうひとつはミクロな視点によるものです。 こちらは、 分子動力学法 があります。

相転移

代表的な相転移は、「固体・液体・気体」の変化です。 ある温度を境にして、物質の状態(相)が劇的に変わる現象です。
転移する境目で物質に起きていることを、「臨界現象」と言います。

転移現象は他にもあり、「ガラス転移」・「超伝導」等です。

化学反応

触媒

触媒が必要なのは、 2つの物質を混ぜた時に、すぐに化学反応を起こして、ひとつの物質になる場合ではなく、 単純に混ぜただけでは何も反応が起きない場合です。
触媒を添加することで、 普通は反応を起こさない物質でも化学反応が起きることがあります。 そのため、化学工業の世界では、適切な触媒の発見が、 莫大な収入につながる可能性を持っています。

触媒自身は、化学反応後の物質には含まれません。 あくまで反応を助けるだけです。
「触媒はエネルギー的な障壁を下げる効果があるから、反応を促進できる。」、と言われています。

接着剤

接着剤がものをくっつける方法は、2通りあるそうです。 つまり、接着剤は大きく分けて2種類あります。

化学反応の式

化学反応が起きている流体のモデル

化学反応が起きている流体の流れを シミュレーション するには、いわゆる 流体力学 に熱の変化のモデルと、化学反応のモデルを追加する必要があります。



参考文献

化学流体力学 」平野敏右・石塚悟 著  丸善 1996
環境問題やエネルギー問題への化学的アプローチに役立つことを願って書かれた本です。 火炎・発火のしくみ・触媒・反応暴走が出て来ます。 一般的な化学は、準定常状態を仮定しているので、 このようなテーマはあまり扱われません。 158ページまでが、試験管やビーカー程度の反応場の話です。 ここまでは、数式がたくさん出て来ます。 最後の10ページが、酸性雨やヒートアイランドのような、地球規模での反応場の話になっています。 この本は、「物質の流れ」と「 物質の変化 」の両方に関わる内容です。


反応系の流体力学」植田利久 著 コロナ社 2002
化学反応が起こっている流体の扱い方について、順序立てて解説しています。
この分野は、理論的に連立方程式を作っても、計算量が非常に多いために、 シミュレーション は容易ではないです。 そのため、流れに対して反応の速度がゼロとみなせる場合や、無限大とみなせる場合等、 計算が可能な形に簡略化する考え方も解説しています。
1章:単一成分の物質についての、 流体力学熱力学 の両方を合わせたモデル
2章:多成分系のモデル化
3章:化学反応のモデル化
4章:化学反応が起こっている流体のモデル(特に火炎について)
5章:乱流のモデル化
6章: カオス の理論で表せる化学反応のモデル
7章:まとめとして、装置設計の考え方。ダムケラー数を使うと、流れの速さと化学反応の速さの影響度合いが判断できる。


環境地質学入門」 鞠子正 著 古今書院 2002
地球を1つのシステムと見て、 サブシステムを地球固体システム、大気システム、水システム、エネルギーシステムとしています。 そして、それらを踏まえて地質学から気候や環境の変化を見ていきます。




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