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火柴的历史和化学原理

来源:摘抄于因特网作者:黄叶 点击:所属专题: 火柴

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火柴从诞生至今,已经历了近300年。从第一根硫酸火柴诞生到现在所广泛使用的安全火柴,经历了多次改良,每次改良都从一个侧面反映了人类科技进步的历程,无不体现了科学家的艰辛。 一.硫酸火柴 世界上第一根火柴是1805年问世的,称之为硫酸火柴,它用蔗糖、氯酸钾、阿

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火柴从诞生至今,已经历了近300年。从第一根硫酸火柴诞生到现在所广泛使用的安全火柴,经历了多次改良,每次改良都从一个侧面反映了人类科技进步的历程,无不体现了科学家的艰辛。

一.硫酸火柴

世界上第一根火柴是1805年问世的,称之为硫酸火柴,它用蔗糖、氯酸钾、阿拉伯胶调和在一起,涂在小棒的一端,经干燥后浸入浓硫酸中就会燃烧起来。下面的一个小实验就是硫酸火柴的翻版。

小实验——玻璃棒点灯

[用品]:蒸发皿、玻璃棒、酒精灯、980‰的浓硫酸、高锰酸钾

[操作]:在蒸发皿中加少许研细的高锰酸钾粉末,堆成小堆。将玻璃棒蘸一下浓硫酸再粘一些高锰酸钾粉末,接着接触一下酒精灯的灯芯,灯芯立即燃烧起来,一次可点燃3~4只酒精灯。

[原理]:浓硫酸和高锰酸钾相遇时,发生反应生成氧化能力极强的暗棕色油状液体七氧化二锰:

2KMnO4+H2SO4(浓)=K2SO4+Mn2O7+H2O

当七氧化二锰碰到酒精时,就立即发生剧烈的反应,放出热量使酒精燃烧起来:

2Mn2O7=4MnO2+3O2

C2H5OH+3O2=2CO2+H2O

由于浓硫酸具有强烈的腐蚀性,使用很不方便,所以这种火柴没有得到推广。

二.黄磷火柴

1816年法国人德鲁逊率先制成黄磷摩擦火柴。这种火柴头上涂有硫磺,再覆以白磷、铅丹(经查证为Pb3O4)或二氧化锰及树胶的混合物。白磷又叫黄磷,熔点很低,摩擦火柴利用摩擦产生的热,使易燃的白磷发火燃烧,接着在富氧物质(如Pb3O4或MnO2)存在的条件下,使硫磺也燃烧起来,然后引燃木棒。

然而,黄磷是一种有着剧毒的物质,人误服极微量(约占0.1~0.2克)就会中毒死亡。当时,生产黄磷火柴的工人们,由于长期接触黄磷,普遍患有一种磷性坏死病,最终被夺去宝贵的生命。

用白磷制成的火柴,在较粗糙的物质上一擦就着,很容易引起火灾,极不安全。所以不久,世界各地都禁止制造这种危险的火柴。

三.安全火柴

由于黄磷火柴存在着种种弊端,于是科学家们对磷的特性进行了研究。研究发现,将黄磷隔绝空气在250~300摄氏度加热,它就能转变为红磷。这种转变对于人类研究新的火柴提供了可能。

化学家们已发现,红磷和白磷存在许多不同:红磷是片状结构,白磷是正四面体结构。白磷的燃点很低,仅为40摄氏度,而红磷要到260摄氏度才开始燃烧,也不像白磷那样有剧毒,红磷单靠摩擦是不能起火的。但当它与氯酸钾混和后却比白磷更容易摩擦起火,发生燃烧与爆炸。为此,在试验初期,许多人在试验中一再发生事故而身亡。但最终在1855年,瑞典的伦塔斯脱姆运用其独特的思维方法,想出了一个巧妙而简单的方法,解决了上述难题。他不像别人那样用预先配好的混合物作引火剂,而是把引火剂分成两部分。用可燃物三硫化二锑、氧化剂氯酸钾、二氧化锰及树胶调成浆糊沾在浸过石蜡的小木棒上制成火柴头,把红磷、细沙做成胶粘涂在火柴盒的侧面做成火柴皮。火柴头只有在火柴盒的侧面上摩擦时,才会点着。这种火柴既没有毒害,有不易引起火灾。因此,被人们称为“安全火柴”。

为了克服火柴头在燃烧后带着余烬落下烧坏衣物的毛病,火柴梗先放入磷酸铵溶液中浸渍,便可使火柴从头烧到底而不断,因此更安全了。这种生产工艺一直沿用至今。

四.新型火柴

随着科学技术的不断发展,近年来,已经出现了各种不同的新型火柴。比如说防水火柴。它之所以能够防水,是因为其火柴梗上涂了防水可燃的合成树脂,火柴头上还有少量的硝酸亚铁和虫胶漆;有将纸或棉线在石蜡中浸渍制成的蜡梗火柴,它具有易着火及燃烧时间长的特点;还有用硝化纤维、醋酸乙烯代替硫磺的无硫火柴,燃烧时不会产生令人生厌的刺鼻的二氧化硫气体;有在火柴上添加香精的香味火柴,划燃时香味丝丝,沁人心脾;有人还研制了能抗十二级台风的防风火柴,性能优异的焊接火柴,救灾求援的信号火柴,反复使用的多次火柴等等。

火柴进化的历史一个侧面反映了人类科技进步的历程。随着二十一世纪的到来,科学技术的飞速发展,功能特异的火柴一定还将陆续问世,人类历史将随着“火柴”的指引而不断地前进。

(责任编辑:化学自习室)
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