酸化還元

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環境対策

排ガス浄化の鍵、触媒活性

排気ガスをきれいにする装置である触媒は、化学変化を促す働きを持ち、それ自身は変化しない不思議な性質を持っています。この働きを「触媒活性」と呼び、自動車の排気ガス対策において重要な役割を担っています。 触媒活性は、有害な排気ガスを無害な物質に変える働きを意味します。具体的には、排気ガスに含まれる、燃え残った燃料成分である炭化水素や、酸素が不足した時に発生する一酸化炭素を、酸素と反応させて水と二酸化炭素に変えます。また、高温で発生する窒素酸化物は、窒素と酸素に分解します。これらの化学変化は自然には起こりにくいのですが、触媒がこの変化を促すことで、有害物質を無害な物質に変えることができるのです。 触媒の中には、小さな穴が無数に空いた構造になっており、この構造が活性の高さを決める鍵となっています。この無数の小さな穴は、排気ガスと触媒の接触面積を広げる効果があり、化学変化をより効率的に進めることができます。ちょうど、細かく切った食材の方が早く火が通るように、触媒の表面積が大きいほど、排気ガス浄化の効率は高まるのです。 もし触媒活性が不十分であれば、排気ガス中に有害物質が多く残ってしまい、大気を汚染してしまいます。そのため、触媒の効率的な活性化が求められるのです。自動車の適切な整備や、適切な運転を心がけることで、触媒活性を高く維持し、きれいな空気を守ることができます。
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車の排ガス浄化: 酸化還元の役割

物が酸素と結びつくことを酸化と言い、酸素が失われることを還元と言います。これは、化学変化における電子のやり取りに着目した反応です。 身近な例で見てみましょう。鉄が錆びる現象は、鉄が空気中の酸素と結びついて酸化鉄になる酸化反応です。この時、鉄は電子を失っています。逆に、酸化鉄から酸素を取り除いて鉄に戻す反応は還元反応です。この場合は、酸化鉄が電子を受け取ることによって鉄に戻ります。 酸化と還元は、常に同時に起こります。鉄が錆びる場合は、鉄が酸化されると同時に、酸素が還元されています。これは、電子のやり取りが酸化と還元の基本となっているからです。片方の物質が電子を失って酸化されるならば、もう片方の物質は必ずその電子を受け取って還元されます。まるでシーソーのように、一方が上がればもう一方は必ず下がる、持ちつ持たれつの関係にあるのです。 別の例として、木を燃やす反応を考えてみましょう。木が燃えるのは、木を構成する物質が空気中の酸素と結びついて二酸化炭素に変化する酸化反応です。この時、木は電子を失います。同時に、空気中の酸素は電子を受け取って水に変化する還元反応が起こります。このように、酸化と還元は表裏一体であり、様々な自然現象の根底にある重要な化学反応です。 酸化と還元は、電池や燃料電池などのエネルギー生成にも深く関わっています。電池の中では、特定の物質が酸化されることで電子を放出し、その電子が別の物質を還元することで電気が発生します。私たちの生活を支えるエネルギーも、実はこの電子の受け渡し、つまり酸化還元反応によって生み出されているのです。