大気圧下における有機物の熱分解過程。 熱分解 、または熱分解反応と は、熱によって引き起こされる物質の化学的分解の ことです。物質の分解温度とは、その物質が化学的に分解する温度 のことです。分解反応は通常、吸熱反応 です。これは、分解する化合物中の化学結合 を切断するために熱が必要となるためです。分解が十分に発熱反応 である場合、正のフィードバックループ が形成され、熱暴走、ひいては 爆発 やその他の化学反応を引き起こす可能性があります。
分解温度の定義 熱分解温度とは、熱にさらされた物質がより単純な物質に化学的に分解し始める特定の温度であり、通常は熱重量分析（TGA）曲線における最初の顕著な質量減少によって実験的に特定されます。これは、 熱エネルギー のみによって化学結合が切断される、目に見える化学分解の開始を示します。[ 1 ]
化学反応は本質的に常に起こって いるため、分子はエネルギーの確率分布 をとるため、自発的に分解が起こる明確な温度値はありません。したがって、実験的には開始温度がよく使用されます。これは、化学反応が測定可能な速度で起こる温度であり、対応する機器の感度に大きく依存します。開始温度は示差走査熱量測定 (DSC) を使用して計算できますが、DSC は加熱速度にも敏感です。加熱速度が高いほど、反応次数、活性化エネルギー、自己触媒挙動などのさらなる速度論的変数により、開始温度が高くなることがよくあります。[ 2 ]
水 のような単純な物質は、熱分解生成物と平衡状態にあることがあり、事実上分解を停止させます。分解した分子の平衡分率は温度とともに増加します。熱分解は速度論的プロセスであるため、ほとんどの場合、その開始温度は実験条件と実験装置の感度に依存します。プロセスを厳密に記述するには、熱速度論的モデリングの使用が推奨されます。[ 3 ]
例 CaCO₃ → CaO + CO₂ この反応は、工業的に重要な製品である生石灰の 製造に用いられる。 熱分解の別の例としては、2Pb(NO 3 ) 2 → 2PbO + O 2 + 4NO 2 があります。 一部の酸化物 、特に電気陽性 度の低い金属の酸化物は、十分に高い温度に加熱すると分解する。古典的な例としては、酸化水銀(II)が分解して 酸素 と金属水銀 を生成する反応が挙げられる。この反応は、ジョセフ・プリーストリー によって初めて気体酸素のサンプルを調製するために利用された。 水が 2,000 ℃（2,270K 、3,630 °F） をはるかに超える温度に加熱されると、そのごく一部がOH、単原子酸素、単原子水素、 O₂ 、およびH₂に 分解します。[ 4 ] 既知の分解温度が最も高い化合物は一酸化炭素 で、約3,870 ℃（4,140K 、7,000 °F） です。
分解のしやすさ 反応性系列 の下位にある金属は、 一般的に高温で容易に分解します。これは、反応性系列の上位に向かうにつれて原子 間の結合が強くなり、強い結合は切断しにくいためです。例えば、 銅は 反応性系列の下位に位置し、硫酸銅 （CuSO₄ ）は約 200 ℃（473K 、392 °F） で分解し始め、高温になるにつれて急速に約560 ℃（833K 、1,040 °F） まで分解が進みます。一方、カリウムは 反応性系列の上位に位置し、硫酸カリウム （K₂SO₄ ）は 約 1,069 ℃（1,342K 、1,956 °F） の融点でも、沸点でも分解しません。
実用的な応用例 現実世界の多くのシナリオは熱分解の影響を受けます。影響を受けるものの 1 つは指紋です。誰かが何かに触れると、指の残留物が残ります。指が汗ばんでいたり、油分が多く含まれている場合、残留物には多くの化学物質が含まれます。デ・パオリとその同僚は、指紋に含まれる特定の成分の熱分解をテストする研究を実施しました。熱にさらされた場合、アミノ酸と尿素のサンプルは100 °C (373 K; 212 °F) で分解が始まり、乳酸の場合は、分解プロセスが50 °C (323 K; 122 °F) 付近で始まりました。[ 5 ]
参考文献 ↑ EL-Sayed, Saad A. (2022-01-01). "さまざまな手法を用いた高エネルギー物質の熱分解における熱分解、速度論的パラメータ、および発生ガスのレビュー" . Journal of Analytical and Applied Pyrolysis . 161 105364. doi : 10.1016/j.jaap.2021.105364 . ISSN 0165-2370 . ↑ Associates, Fauske & (2023-12-15). 「開始温度とは何か、そしてどのように使用すべきか？ 」 www.fauske.com 2026-01-16 取得 。 ↑ 古賀信義。ヴィャゾフキン、セルゲイ。バーナム、アラン K.ファバージョン、ロイック。ムラヴィエフ、ニキータ V.ペレス＝マクエダ、ルイス・A.サゲス、キアラ。サンチェス＝ヒメネス、ペドロ E. (2023)。 「熱分解速度論の分析に関する ICTAC 速度論委員会の推奨事項」 。 サーモキミカ アクタ 。 719 179384。 Bibcode : 2023TcAc..71979384K 。 土井 ： 10.1016/j.tca.2022.179384 。 hdl : 10261/354012 。 S2CID 253341877 。 ↑ Baykara S (2004). "水の直接太陽熱分解による水素製造、プロセス効率改善の可能性". International Journal of Hydrogen Energy . 29 (14): 1451–1458 . Bibcode : 2004IJHE...29.1451B . doi : 10.1016/j.ijhydene.2004.02.014 . ↑ De Paoli G、Lewis SA、Schuette EL、Lewis LA、Connatser RM、Farkas T (2010年7月)「エクリン指紋成分の光分解および熱分解に関する研究」 Journal of Forensic Sciences . 55 (4): 962–969. doi : 10.1111 /j.1556-4029.2010.01420.x . PMID 20487155 . S2CID 37942037 . 
