What triggers a chemical reaction? - Kareem Jarrah

化学反応を起こすのは何か？ －カリーム・ ジャラ

翻訳: Takamitsu Hirono 校正: Tomoyuki Suzuki

You know how sometimes you go to bake a cake

ケーキを焼こうとした時に

but your bananas have all gone rotten,

バナナが全部ダメになっていたり―

your utensils have rusted,

食器がさびていたり―また

you trip and pour all of your baking soda into the vinegar jug,

誤って重曹を全て酢の容器に注いでしまい

and then your oven explodes?

オーブンが爆発したりするのは なぜか分かりますか？

My friend, you and your chemical reactions have fallen victim to enthalpy and entropy

皆さんと化学反応はエンタルピーと エントロピーの犠牲になったのです

and, boy, are they forces to be reckoned with.

この２つこそが考慮すべき力なのです

Now, your reactants are all products.

これらの反応物が 全て生成物へと変わります

So, what are these "E" words, and what's their big idea?

では "E"で始まるこの２つの言葉には どんな大きな概念が含まれているのでしょう

Let's start with enthalpy,

まずエンタルピーからはじめましょう

an increase or decrease of energy during a chemical reaction.

これは 化学反応における エネルギーの増加や減少です

Every molecule has a certain amount of chemical potential energy

すべての分子は一定量の 化学ポテンシャルエネルギーを持っており

stored within the bonds between its atoms.

原子間の結合として蓄えられています

Chemicals with more energy are less stable,

多くのエネルギーを持つ化学物質ほど不安定で

and thus, more likely to react.

反応が起こりやすくなります

Let's visualize the energy flow in a reaction,

では 水素と酸素の燃焼反応における エネルギーの流れを

the combustion of hydrogen and oxygen, by playing a round of crazy golf.

あのゴルフのラウンドに例えて 可視化してみましょう

Our goal is to get a ball, the reactant, up a small rise

私たちの目的はボール（反応体）に 少し坂を上らせて

and down the other much steeper slope.

もっと急な坂を下らせることです

Where the hill goes up, we need to add energy to the ball,

上り坂では ボールにエネルギーを与える必要があり

and where it goes down, the ball releases energy into its surroundings.

下り坂では ボールは周囲にエネルギーを放出します

The hole represents the product, or result of the reaction.

穴は生成物や反応の結果を表します

When the reaction period ends, the ball is inside the hole,

反応の終わりには ボールは穴に入っており

and we have our product: water.

生産物として水ができます

This, like when our oven exploded, is an exothermic reaction,

これはオーブンが爆発するときのような 発熱反応です

meaning that the chemical's final energy is less than its starting energy,

すなわち化学物質の最終的なエネルギーは 最初のエネルギーよりも少なくなり

and the difference has been added to the surrounding environment

エネルギーの差は 光や熱として

as light and heat.

周辺環境に加えられます

We can also play out the opposite type of reaction,

正反対のタイプの反応も 起こすことができます

an endothermic reaction,

吸熱反応です

where the final energy is greater than the starting energy.

最終的なエネルギーは 最初のエネルギーよりも大きくなります

That's what we were trying to achieve by baking our cake.

これはケーキを焼くときに 起きていることです

The added heat from the oven would change the chemical structure

オーブンで加えられる熱は 卵のたんぱく質や

of the proteins in the eggs and various compounds in the butter.

バターに含まれる様々な複合物の 化学構造を変化させます

So that's enthalpy.

これがエンタルピーです

As you might suspect,

お気づきかもしれませんが

exothermic reactions are more likely to happen than endothermic ones

発熱反応は吸熱反応よりも 簡単に起こります

because they require less energy to occur.

なぜなら反応に必要なエネルギーが より少ないからです

But there's another independent factor that can make reactions happen:

しかし 反応を発生させる もう一つの独立した要素があります

entropy.

エントロピーです

Entropy measures a chemical's randomness.

エントロピーは化学物質の無秩序さを測る物差しです

Here's an enormous pyramid of golf balls.

ゴルフボールでできた 巨大なピラミッドがあります

Its ordered structure means it has low entropy.

この秩序ある構造はエントロピーが低い状態です

However, when it collapses, we have chaos everywhere,

しかし これが崩れると ボールは高く広く跳ねまわり

balls bouncing high and wide.

いたるところが大混乱になります

So much so that some even go over the hill.

ボールのいくつかは丘を越えて 転がっていってしまいます

This shift to instability, or higher entropy,

この無秩序な状態 つまり高いエントロピーへの移行が

can allow reactions to happen.

反応を引き起こします

As with the golf balls, in actual chemicals

ゴルフボールと同様に 実際の化学物質でも

this transition from structure to disorder gets some reactants past the hump

秩序から無秩序への移行が 反応体に坂を越えさせ

and lets them start a reaction.

化学反応を始めさせます

You can see both enthalpy and entropy at play

夕食を作るため キャンプファイヤーに火を点けた時

when you go to light a campfire to cook dinner.

エンタルピーとエントロピーが 作用していることが分るでしょう

Your match adds enough energy

あなたのマッチは

to activate the exothermic reaction of combustion,

燃焼による発熱反応を開始させるのに 十分なエネルギーを与え

converting the high-energy combustible material in the wood

薪の中の高エネルギーの燃えやすい物質を

to lower energy carbon dioxide and water.

エネルギーの低い二酸化炭素と水に変換します

Entropy also increases and helps the reaction along

エントロピーは増大しその反応を続けさせます

because the neat, organized log of wood

なぜなら整然と秩序だった木材は

is now converted into randomly moving water vapor and carbon dioxide.

不規則に動く水蒸気と二酸化炭素に 変換されているからです

The energy shed by this exothermic reaction

この発熱反応により発せられたエネルギーは

powers the endothermic reaction of cooking your dinner.

皆さんの夕食を調理する 吸熱反応に使われます

Bon appétit!

美味しく めしあがれ！