炭ってなんで長時間燃焼しつづけるんでしょう？なぜ一気に酸化してしまわないのか不思議です。どなたか化学的に解説してください。

アカデミックな質問ですね。

できるだけアカデミックに答えます。

まずはじめに「燃焼｣という概念を押さえましょうか。

燃焼とは簡単に言うと、発熱をともなうの酸化反応です。

燃える物というのは、化学反応により、

余分なエネルギーを出すことでより安定な

物質に変化する物です。安定な物質になる際には

エネルギーを低い位置で保つ必要があります。

ですので、余分なエネルギーが熱として発生します。

それらの反応仮定が｢燃焼」です。

不安定な物質が安定な物質になるんだったら、

火をつけなくても勝手に燃えちゃうのではという疑問も

出てくるはずですが、その際には「活性化エネルギー」という

用語が必要になります。

簡単に言うと、反応を進めるためには進むためのきっかけが

必要になります。例えば、臆病な人がバンジージャンプすると

します。がくがく震えて飛ぼうとしません。

そういったときは励ましたりして行動を促すでしょう。

最悪後ろから運動エネルギーを与えて（後ろから押して）

落とします。そうすると後は勝手に落ちていって、下で止まりま

す。（絶対試してはいけません）

つまり、反応を進ませるにはそれなりのエネルギーが必要に

なります。その必要なエネルギーが「活性化エネルギー」と

呼ばれる物であり、燃焼においての「熱源」になります。

（マッチとかライターとか）

燃焼の反応速度を決める要因

これを理解するためには、固体でも気体でも分子は絶えず

動いているという考え方が必要になります。

物を構成する分子のつぶつぶは目に見えませんよね。

見えない物が動いているかどうかは目視では確かめられません。

でも、動いていると考えてください。バラバラにならないのは

手をつなぎあっているからと思ってください

反応速度が違う理由として、その分子の持つ

（ＣとかＣＯＯＨとか）運動エネルギーが異なるからです。

たとえるなら、人間といってもスポーツマンと文学青年では

筋肉が違いますし体力が違います。スポーツマン対文学青年

でリレーをします。

そうするとバトンの受け渡しは（反応は）スポーツマンの方が

速いですよね。マクスウェル－ボルツマン分布という物があり

ますが化学的にはそこで説明できます。

詳しくは熱力学か原子物理学というジャンルの本を読むことを

おすすめします。

と、頭が痛くなってきたところで本題に入ります。

「では、なぜ気体だと固体に比べて燃焼が速いんでしょう？

　あと、気体になった木材中の成分の組成も気になります。」

まず、木材にはいろんな元素は含まれていますが、

主に燃えるのは炭素です。有機物（セルロース等）が変質して、

そこに含まれていた炭素が混じったガスとして放出します。

そのガスが主に燃えるのが木材です。

なお、化学的に考えると質問中の「気体と固体」

という表現は不適当かと思います。

木自体は気体にならないからです。気体と考えている物は、

木材に熱を加えられ、有機物が変質して発生したガスの事だ

と思います。

長くなってすいません。ということで結論。

気体と固体では運動エネルギーが異なるため、酸素と接する確率が

変化します。気体の反応速度が速いのはその固体よりも運動エネル

ギーが多いから。

（厳密に言うと、運動エネルギーをより多く持っている分子が

増えるため、ほかの分子とぶつかる頻度が増え、それと共に

活性化エネルギーを伴った分子同士の頻度も増えるため、結果

反応速度が速くなります。）

炭は、ガスになりうる有機物がほぼ燃え切った状態であるため

炭素以外の不純物が非常に少ない。炭素自体の運動エネルギー

はガスよりも低いため、反応速度が遅い。

熱が出て、煙が少ないのはほとんど純粋に反応が起こるから。

徐々に燃焼が起こるのは活性化エネルギーが多く必要なので、

ある一定以上の熱がないと進まないから。

参考URL　http://www3.u-toyama.ac.jp/kihara/chem/fire/fuel.html