тайна простой спички. 1 ТАЙНА ПРОСТОЙ СПИЧКИ. 1 тайна простой спички
 Скачать 28.26 Kb.
|
|
1 ТАЙНА ПРОСТОЙ СПИЧКИ 2 По наметкам ученых, огнем научились пользоваться 400 тысяч лет назад. Но уметь пользоваться — одно, иметь огонек всегда под рукой — другое. Сколько слез, наверное, было пролито при утрате живого уголька, искорки. Четыреста тысяч лет тревог и забот об огне... Но недавно у африканского озера Виктория археологи наткнулись на остатки древнего очага, и тот на миллион лет старше ранее найденных! 3 добывание человеком огня трением и высеканием Так человек приручил огонь 4 Как это ни удивительно, но всего лишь 200 лет назад в России, да и во всем мире стальное огниво и фитиль были практически единственными «спичками» человека, сумевшего не только построить египетские пирамиды, но и создать паровую машину Джеймса Уатта, первый пароход Роберта Фултона, ткацкие станки и множество других великих изобретений, но только не спички. Труден и велик был к ним путь, как и всякий путь в мир неизведанного еще человеком. По историческим меркам, способ консервировать пламя отыскался “вот только что”. 5 Спички в течение многих десятилетий были одним из важнейших элементов человеческой жизни, да и сегодня играют не последнюю роль в нашем повседневном обиходе. Обычно, чиркая спичкой о коробок, мы даже не задумываемся над тем, какие химические реакции происходят в эту секунду и сколько изобретательности и сил положили люди, чтобы иметь такое удобное средство добывания огня. Обыкновенные спички, несомненно, принадлежат к числу самых удивительных изобретений человеческого ума. 6 ЗНАЧЕНИЕ СЛОВА СПИЧКА Спичка - палочка (черенок, соломка) из горючего материала, снабжённая на конце зажигательной головкой, служащая для получения открытого огня. И, чиркая спичкой о коробок, мы даже не задумываемся об истории этого весьма практичного и удивительного изобретения. 7 В конце XVIII века известный химик Бертолле доказал, что пламя может быть результатом химической реакции. В частности, если капнуть серной кислотой на хлорноватистокислый калий (бертолетову соль), возникнет пламя. Это открытие позволило подойти к проблеме добывания огня совсем с другой стороны. В разных странах начались многолетние изыскания по созданию спичек с концом, намазанным тем или иным химическим веществом, способным возгораться при определенных условиях. 8 ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СПИЧЕК Первые спички изобрёл в 1805 году французский химик Жан-Жозеф-Луи Шансель.Головка спички состояла из смеси серы (S), бертолетовой соли (КСIO3), ки́новари (сульфид ртути (HgS), имеющий алую окраску), сахара и клея. В солнечную погоду такая спичка зажигалась при помощи двояковыпуклой линзы, а в других случаях - при соприкосновении с капелькой конц. серной кислоты (H2SO4).Эти спички были опасны, серная кислота разбрызгивалась при воспламенении головки и вызывала ожоги. Главным недостатком таких спичек было то, что они иногда взрывались в руках. Спички Шанселя не получили широкого распространения. 9 эти первые химические спички назывались макательными спичками Подобными химическими спичками пользовался Чарлз Дарвин, раскусывая с риском обжечься ампулу с кислотой. 10 Спички, более-менее похожие на современные, придумал англичанин Джон Уокер в 1826 году. Произошло это случайно: на конце палочки, которой он размешивал реактивы, засохло немного химикатов. Когда химик пытался их убрать, он чиркнул палочкой по полу. Палочка загорелась. 11Так английский химик и аптекарь Джон Уокер начал производство серных спичек.Он погружал спичку в смесь из сульфида сурьмы (Sb2S3), бертолетовой соли (КСIO3) и гуммиарабика (вязкая жидкость, выделяемая акацией), высушивал это «тесто» на воздухе, а затем заставлял его воспламеняться при трении о наждачную бумагу. Спички Уокера уже не требовали серной кислоты, но они были весьма плохого качества: воспламенялись лишь при очень сильном трении и разбрасывали искры по всем направлениям. К тому же, эти спички имели ужасный запах. 12 Важнейшим этапом на пути к современным спичкам было введение в состав спичечной головки белого фосфора (1833) добытого ещё в 1669 году алхимиком Брандом. Бранд решил попытать счастья в алхимии. Тем более что в XVII в. в отличие от нашего XX в. считалось вполне возможным найти «философский камень», который способен превращать неблагородные металлы в золото Бранд провел уже множество опытов с различными веществами, но ничего дельного у него не получалось. Однажды он решил провести химический эксперимент с мочой. Выпарил ее почти досуха и оставшийся светло-желтый осадок смешал с углем и песком, нагревая в реторте без доступа воздуха. В результате Бранд получил новое вещество, которое обладало удивительным свойством-светиться в темноте. Все, что соприкасалось с фосфором, приобретало способность светиться. Достаточно было помазать фосфором пальцы, волосы или предметы, и они вспыхивали таинственным голубовато-белым светом. 13 Свечение фосфора 14 Изобретателем первых фосфорных спичек оказался девятнадцатилетний француз Шарль Сориа. В 1831 г. юный экспериментатор к смеси бертолетовой соли с серой для ослабления ее взрывчатых свойств добавил белый фосфор. Эта идея оказалась на редкость удачной, поскольку смазанные полученным составом лучинки легко загорались при трении. Температура воспламенения таких спичек сравнительно небольшая 30 °С. Эти спички были весьма огнеопасны, поскольку загорались даже от взаимного трения в коробке или о любую твёрдую поверхность, например, подошву сапога. В то время ходил английский анекдот, в котором целая спичка говорит другой, полуобгоревшей: “Видишь, чем заканчивается твоя скверная привычка чесать затылок!” 15 К тому же белый фосфор очень ядовит, что было весьма вредно для здоровья. Пары белого фосфора приводили к тяжелейшему заболеванию – фосфорному некрозу костей. Доза фосфора в 0,05–0,15 г для человека смертельна. Кроме того, раствор зажигательной массы в воде давал сильнейший яд, которым пользовались самоубийцы (а нередко и убийцы). 16 Спички в России В Россию первые фосфорные спички были привезены из Гамбурга в 1836 г. и продавались по очень дорогой цене - один рубль серебром за сотню. Имеются предположения, что наш великий поэт А. С. Пушкин в последний год своей жизни пользовался такими фосфорными спичками, работая при свечах долгими зимними вечерами. 17 В 1847 году было установлено, что белый фосфор при нагревании в закрытом сосуде без доступа воздуха превращается в другую модификацию-красный фосфор. Он гораздо менее летуч и практически не ядовит. С этого времени появилось желание заменить им опасный белый фосфор. Раньше других эту задачу удалось разрешить знаменитому немецкому химику Бетхеру. Он приготовил смесь из серы и бертолетовой соли, смешав их с клеем, и нанес ее на лучинки, покрытые парафином. Но, увы, эти спички оказалось невозможно зажечь о шершавую поверхность.Тогда Бетхер придумал смазать бумажку особым составом, содержащим некоторое количество красного фосфора. При трении спички о такую поверхность частички красного фосфора воспламенялись за счет прикасающихся к ним частиц бертолетовой соли головки и зажигали последнюю. Новые спички горели ровным желтым пламенем. Они не давали ни дыма, ни того неприятного запаха, который сопутствовал фосфорным спичкам. 18 Первые такие «безопасные спички» начали производить в 1851 году в Швеции, братья Лундстремы, поэтому долгое время такие спички именовали «шведскими» Шведская спичка зажигалась только в том случае, если ее потереть о боковую поверхность коробки, покрытую специальной массой.Таким образом, «безопасный огонь» в шведских спичках рождался великолепным союзом силы трения и химической реакции. 19 Современная спичка Кстати, в нашей стране слово «спичка» произошло от старорусского слова «спица» (заострённая деревянная палочка). Первоначально для обозначения спичек в современном понимании использовалось словосочетание «зажигательные (или самогарные) спички», но со временем первое слово стало опускаться, а потом и вовсе исчезло из обихода. 20 Ну, а теперь посмотрим, из каких же компонентов состоят современные спички? Спички делают из древесной палочки (соломки) с головкой, которая воспламеняется при трении о намазку (тёрку). Эту тёрку наносят на боковые стороны спичечной коробки. В качестве сырья для изготовления спичечной соломки используют осину, реже - липу. Для этого с круглого очищенного от коры чурбака специальным ножом по спирали снимается лента - шпон, которая затем укладывается слоями и рубится на спичечную соломку. Длина ее от 36 до 48 мм. Спичечная соломка перед изготовлением спичек во избежании её тления пропитывается 1,5% раствором фосфорной кислоты H3PO4, а затем парафинируется.Интересно, что современные спички полностью повторяют форму спичек Лундстрема, но их головка не содержит фосфора. Фосфор применяется лишь при изготовлении терок. 21 Масса спичечной головки на 60% состоит из бертолетовой соли(KClO3), а также из горючих веществ-серы(S) или каких-нибудь сульфидов металлов, например сульфида сурьмы (Sb2S3 или Sb2S5). Чтобы воспламенение головки происходило медленно и равномерно, без взрыва, к массе добавляют так называемые наполнители - стеклянный порошок, оксид железа (III) и т.д. Связующим материалом служит клей. Бертолетову соль можно заменять веществами, в большом количестве содержащими кислород, например бихроматом калия(K2Cr2O7). А из чего состоит намазка шкурки? Здесь основной компонент - красный фосфор. К нему добавляют оксид марганца (IV), толченое стекло и клей. 22 СОСТАВ СПИЧЕЧНОЙ ГОЛОВКИ 23 СОСТАВ НАМАЗКИ КОРОБКА 24 Что происходит, когда вы чиркаете спичкой о намазку (тёрку)? Красный фосфор при трении головки о намазку переходит в белый фосфор, который мгновенно вспыхивает при контакте с воздухом и поджигает в головке смесь бертолетовой соли и серы. В результате окисления серы образуется сернистый газ SO2, придающий спичке характерный резкий удушливый запах. Головка, воспламеняясь, зажигает соломку, которая сгорает с образованием угля. Реакция, протекающая при сгорании головки спички, – это один из наиболее бурных химических процессов. В больших масштабах она является одной из наиболее опасных. 25 Температура горения спичечной головки: 1500°C; Температура пламени: 750 – 850°C;Температура воспламенения дерева:180 - 200°C;Температура горения дерева: 800 – 1000°C 26 ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ПРИ ЗАЖИГАНИИ И ГОРЕНИИ СПИЧКИ При трении головки спички о намазку коробка красный фосфор загорается благодаря кислороду бертолетовой соли (KClO3). Таким образом, огонь рождается в намазке. Он и поджигает головку спички. В ней вспыхивает сера (S) или сульфид сурьмы (III) (Sb2S3), а затем загорается дерево. 12P + 10KClO3 → 10KCl + 3P4O10 2KClO 3 + 3S → 2KCl + 3SO2 3KClO3 +Sb2S3 → 3KCl + Sb2O3 + 3SO2 2KClO3 → 2KCl + 3O2 Основной компонент древесины – целлюлоза (С6Н10О5)n: (C6H10O5)n + 6nO2 → 6nCO2 + 6nH2O 27 Отличие в составах: спичечной головки намазки коробка окислители восстановители Трение инициирует взаимодействие окислителей и восстановителей, сопровождаемое вспышкой. 28 Горение спичечной головки 29 ВИДЫ СПИЧЕК По материалу спичечной палочки: деревянные (изготовленные из мягких пород дерева - осины, липы, тополя, американской белой сосны и т. п.); картонные; восковые (парафиновые - изготовленные из хлопчатобумажного жгута, пропитанного парафином). По методу зажигания: тёрочные (зажигающиеся при трении о специальную поверхность - тёрку); бестёрочные (зажигающиеся при трении о любую поверхность). 30 СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПИЧКИ Штормовые. Охотничьи – горящие на ветру, в сырости и под дождём. Термические – развивающие при горении более высокую температуру и дающие при сгорании головки большее количество тепла. Сигнальные – дающие при горении цветное пламя. Фотографические – дающие мгновенную яркую вспышку, используемую при фотографировании. Каминные – длинные спички, чтобы зажигать камины. Газовые – чтобы зажигать газовые горелки. Декоративные (подарочные, коллекционные) – ограниченные выпуски коробков с различными рисунками, сами спички часто имели цветную головку (розовую, зелёную). 31 МУЗЕИ СПИЧЕК Музеи спичек существуют в Швеции, Швейцарии и Германии. Небольшой музей спичек есть и в России — в Рыбинске. 32 Факты о спичках Спичка, брошенная в море, разложится через 6 месяцев. Коробком спичек российского производства можно пользоваться как линейкой, ведь он в длину равняется 5 см. или 50 мм. Спичка спасает жизнь человеку. Если спичкой прижечь укус от ядовитого степного паука (Каракурт) не позднее двух минут после укуса, то яд распадется и не проникнет в кровь. Цвет серы спичек не влияет на их горение. В среднем на одну газовую плиту расходуется 150 коробок спичек. Одна зажигалка может заменить 180 коробков спичек в год. Стандартная современная спичка полностью сгорает за 20 секунд |