Путешествие в мир химии. Какие физические явления сопровождают зажигание спички
Горение спички | Путешествие в мир химии
Некоторые реакции сравнительно легко «повернуть вспять». Например, при высокой температуре идёт реакция СаСO3 = СаО + СO2, а при низкой — обратная ей реакция СаО + СO2 = СаСО3.
При горении водорода образуется вода: 2Н2 + O2 = 2Н2O.
Но если воду (в виде её паров) очень сильно нагреть, она снова разложится на водород и кислород. Эти же газы можно получить, если через воду при обычной температуре пропустить постоянный электрический ток. Значит ли это, что любую реакцию, изменив условия, можно заставить идти в обратном направлении?
Возьмём в качестве примера горение обычной спички.
Вот ею чиркнули о коробок.
Появилось пламя, запахло «серой».
При горении произошла химическая реакция (на самом деле не одна реакция, а много).
Процесс начался под действием трения, когда спичкой чиркнули о Коробок. Сначала загорелся красный фосфор, который был на спичечной коробке.
Фосфор, дающий при горении высокую температуру, поджёг смесь серы и бертолетовой соли в спичечной головке, а головка уже подожгла древесину, пропитанную около головки воском, чтобы она лучше загоралась.
Вместо сгоревшей спички остался уголь; кроме него образовались и не видимые глазом новые вещества: сернистый газ, углекислый газ. Можно ли из всех этих веществ снова получить спичку? Очевидный ответ — нельзя.
Нельзя заставить идти «справа налево» и каждую из прошедших реакций, например горения фосфора: 4Р + 5О2 = 2Р2О5. Эта реакция необратимая.
Почему так происходит? Можно ли здесь выявить какие-то закономерности?
Как мы знаем, общим для всех химических реакций является неизменность атомов.
Они лишь переходят в ходе реакции от одного вещества к другому.
В реакции горения спички (вернее, в реакциях, так как их много) все атомы, которые были в составе спички, перешли в продукты реакции.
При этом общее число атомов каждого химического элемента (водорода, кислорода, углерода, серы и других) в составе спички в точности равно числу атомов этих элементов в продуктах горения.
Например, все атомы хлора в составе бертолетовой соли (хлората калия КСlO3) перешли в один из продуктов реакции — хлорид калия КС1; в него же, скорее всего, перешли и все атомы калия.
А при сгорании серы все её атомы перешли в состав сернистого газа: S + O2 = SO2 (этот газ — один из основных компонентов неприятного запаха сгоревшей спички), а атомы фосфора перешли в состав его оксида. А что происходит при горении основной массы спички, состоящей в основном из целлюлозы?
Целлюлоза имеет состав С6Н10О5. Известно, какие продукты образовались при её сгорании — это вода, углекислый газ и уголь.
Нетрудно записать уравнение реакции горения целлюлозы и подобрать к нему коэффициенты: С6Н10О5 + 6O2 = 6СO2 + 5Н2O.
Очевидно, что и эта реакция необратимая: из углекислого газа и воды, как эту смесь ни нагревать, чем бы ни облучать, целлюлозу не получишь!
Значит, «правильно» записанное (то есть с выполнением закона сохранения атомов) уравнение реакции ничего не говорит о том, будет ли она обратимой или нет. Не говорит оно и о том, возможна ли данная реакция.
Итак, прежде чем взяться за получение новых веществ, химикам необходимо было научиться кое-что предсказывать.
И тут возникают вопросы двух типов.
Первый из них такой: можно ли узнать теоретически, не проводя экспериментов, возможна ли данная реакция, пойдёт ли она, если смешать те или иные реагенты? И что нужно сделать, чтобы она пошла (можно, например, изменять давление и температуру, вводить катализаторы, освещать смесь ультрафиолетом…
)? Требуется также знать, пройдёт ли реакция до конца или остановится вскоре после начала. А если остановится, то на какую глубину пройдёт при данных условиях.
А вот вопросы другого типа. Почему одни реакции идут очень быстро (многие реакции горения), другие — медленнее (растворение железа в кислоте) или даже очень медленно (превращение виноградного сока в вино или уксус, ржавление железа и др.)? Что можно сделать, чтобы ускорить нужные реакции, а ненужные замедлить?
И, наконец, самый сложный вопрос. Вот у нас есть точный план, молекулярная конструкция каких-то веществ.
И мы знаем, как устроено вещество, которое нам нужно получить.
Сможем ли мы его синтезировать и как? Сможем ли из природного газа метана СН4 и кислорода воздуха O2 получить очень важный для химической промышленности метиловый спирт СН3ОН?
Ведь это не детали в конструкторе, которые можно разъединить, а потом собрать из них что-то новое.
Значит, реакции идут как-то иначе. А как? Дело в том, что правильно расставленные коэффициенты в уравнении реакции (например, С6Н10О5 + 6O2 = 6СО2 + 5Н2O) ничего не говорят о механизме процесса.
Они показывают только, в каких соотношениях вступают в реакцию исходные вещества и образуются продукты реакции. Самый же трудный вопрос, который может возникнуть по поводу реакции горения целлюлозы (а также почти любой другой реакции), заключается в том, каким же образом исходные вещества (реагенты) превращаются в продукты реакции.
Каков их механизм? Можно ли указать, какой атом куда «пошёл» и какими путями к своей цели «пришёл»?
Что происходит в тот промежуток времени, когда исходные вещества превращаются в продукты реакции?
В ходе любой химической реакции изменяется взаимное расположение атомов, то есть порядок, в котором они друг с другом связаны. Но что происходит с атомами, когда они переходят из одного вещества в другое?
Как они «отсоединяются» друг от друга и соединяются вновь — уже в другом порядке?
Читайте так же:
cgz.sumy.ua
Магнитные спички
Описание:
Мы взяли магниты (на обычный керамический магнит мы прикрепили сильный неодимовый магнит) и обычные спички с коричневой головкой.
Притягиваются ли спички к магниту? Как показал опыт к магниту притянулись только стальные скрепки, а спички не притягиваются. Однако после сгорания спички начинают притягиваться своими головками к магниту. В чем же тут дело?
Объяснение:
Как оказалось, однозначно ответить на этот вопрос не так уж и просто. Дело в том, что состав спичечной головки может быть различным. И отсутствует какие-либо точные стандарты входящих в состав спичек веществ. Неизменным в составе остается только бертолетова соль в спичечной головке и красный фосфор в намазке коробка.
Состав коричневой спичечной головки приблизительно следующий:
| Вещество | Назначение |
| Бертоллетова соль KClO3 (60 % от массы) Сульфид сурьмы Sb2S3 | окислители |
| Сера S | восстановитель, горючее вещество |
| Свинцовый сурик Pb3O4 Железный сурик Fe2O3 | пигменты, придающие цвет головке |
| Костный клей | связующее и горючеевещество |
| Оксид цинка ZnO Измельченное стекло | наполнители,увеличивают силу трения,снижают реакционную способность,регулируют процесс горения. |
Железный сурик Fe2O3, содержащийся в головке и придающий ей характерный рыжий цвет, при сгорании образует другой оксид железа – магнетит Fe2O4. Именно магнетит и притягивается к сильному магниту, а еще и тянет за собой остаток деревянной соломки.
Железосодержащие вещества в некоторых спичках отсутствуют. Например, опыт со спичками с зеленой серкой не получается.
Огонёк в современных спичках рождается союзом силы трения и химических реакций. Если Вам интересно как это происходит, то читайте более подробно об этом ниже.
Для любознательных:
Как происходит процесс зажигания спички
При трении спичечной головки о намазку коробки происходит ряд физико-химических процессов.
За счёт выделяющейся при трении головки о шкурку тепловой энергии в точке их соприкосновения красный фосфор нагревается и переходит в легковоспламеняющийся белый фосфор. Белый фосфор загорается за счёт кислорода бертоллетовой соли. При этом выделяется много теплоты, которая инициирует экзотермические реакции в спичечной головке. В ней вспыхивает сера и (или) сульфид сурьмы опять за счёт кислорода бертолетовой соли. А уже затем загорается деревянная соломка, на которую нанесён состав.
Ряд химических реакций происходящих при этом приведены ниже:
10KClO3 + 12P = 10 KCl + 3 P4O10 + Q
2KClO3 + 3S = 2KCl + 3SO2 + Q
3KClO3+Sb2S3=3KCl+Sb2O3+3SO2+Q
(C6h20O5) n + 6n O2 = 6n CO2 + 6n h3O
virtuallab.by
6. Немного физики на спичках. Для юных физиков [Опыты и развлечения]
6. Немного физики на спичках
Спички и булавка
Как вы думаете, что тяжелее: спичка или средней величины булавка? Угадать трудно. Вы можете сколько угодно взвешивать в руке спичку и булавку, – а все-таки не определить, какая из этих вещиц тяжелее. Разрешить вопрос могут только точные весы. Оказывается, что средняя булавка раза в 1 1/2 тяжелее спички! Не без изумления увидел я в первый раз, как булавка уравновешивает 1 1/2 спички…
Зная это, мы можем решить такую физическую задачу: если в воду бросить спичку с воткнутой в нее булавкой, то будет ли спичка держаться на воде или потонет? На первый взгляд кажется, что булавка как будто не в состоянии увлечь спичку на дно. Однако, если вспомним, что булавка тяжелее спички в 1 1/2 раза, то поостережемся такого заключения. Ведь материал спичечной соломки вдвое легче воды; значит, достаточно отягчить спичку еще таким же грузом, как она сама, чтобы заставить ее утонуть. Булавка дает ей в 1 1/2 раза больше этой необходимой добавки, и, следовательно, спичка с воткнутой булавкой должна погрузится на дно [27] .
Что раньше?
Расположите спички, как указано на рис. 59, и попросите товарища ответить на следующий вопрос:
– Если спичку зажечь посередине, то какая из боковых спичек загорится от нее раньше?
Рис. 59.
Можно поручиться за то, что товарищ ваш – если только он не посвящен в секрет – не даст верного ответа. Большинство рассуждает примерно следующим образом: так как пламя, дойдя до головки лежащей спички, вспыхнет и тем самым вызовет вспышку прилегающей к ней спички, то раньше загорится та боковая спичка, которая прилегает к головке (на нашем рисунке – правая).
В действительности, однако, происходит совсем неожиданная вещь: не загорается ни правая, ни левая из боковых спичек! А как только средняя, горизонтальная спичка перегорит насквозь, две зажимающие ее боковые спички выкинут ее (еще горящую) силою своей упругости, прежде чем пламя успеет дойти до их головок.
Опыт удается, что называется, без отказа. Надо только соблюдать осторожность: от выброшенной – иногда довольно далеко – горящей спички может загореться что-нибудь в комнате. Эффект получается внушительнее, если устроить из спичек более сложное сооружение, вроде изображенного на рис. 60.
Рис. 60.Устойчивая спичка
Опыт, изображенный на рис. 61, крайне прост и легко исполним; но если вам ни разу не случалось еще его проделывать, то я уверен, вы усомнитесь, так ли уж легко он удается. Попробуйте! Воткните в спичку клинок полураскрытого перочинного ножа (можно пользоваться даже и не особенно миниатюрным ножиком), а затем без всяких хитростей и уловок ставьте спичку смело на кончик пальца, или на другую спичку, или на край коробка, вообще на какое-нибудь вовсе, казалось бы, неудобное место (рис. 62). Вы убедитесь, что отягченная ножом спичка не только не опрокидывается, но очень хорошо стоит в этом, на взгляд, неустойчивом положении. Толкните спичку в бок: она качнется несколько раз и затем вновь возвратится в прежнее положение, с изумительным упорством сохраняя равновесие.
Рис. 61. 
Рис. 62.В свое время, когда вы будете изучать физику и механику, вы узнаете причину этого мнимого чуда: центр тяжести расположен здесь ниже точки опоры. Зажечь спичку газетой
Предложите товарищу сделать это. Он, вероятно, станет чиркать спичкой о газетный лист, в надежде воспламенить ее головку трением. С фосфорными спичками, употреблявшимися в старину, это, пожалуй, и удалось бы; но нынешние «шведские» спички бесполезно и пытаться зажечь таким образом. Нет, задача, поставленная в заголовке, гораздо хитрее. Если прибавить еще, что зажженная газетой спичка будет гореть, не сгорая, то она покажется вам вовсе неисполнимой.
И все-таки мы проделаем это!
Возьмите обыкновенный газетный лист, расправьте его на изразцах натопленной печи и проведите по нему раза три-четыре платяной щеткой, как делают обойщики, приглаживая обои. Вы увидите, что газета пристанет к печке и будет на ней держаться, не соскальзывая. Тогда погасите в комнате свет (опыт делается вечером) и, держа газету за верхний кран, отделите ее от изразцов. Достаточно теперь приблизить к этому газетному листу кончик спички – примерно на расстояние 5—10 сантиметров, чтобы увидеть, как этот кончик охватится пламенем. Водите спичкой близ газеты (не прикасаясь ею к бумаге) – и пламя будет продолжать гореть. При всем том, однако, – и это особенно любопытно! – пламя не причинит спичке ни малейшего вреда: спичка останется, как была, чистой, необугленной.
Разгадка всех этих необычайных вещей в том, что спичка – вопреки очевидности – вовсе и не горела! То, что вы готовы были принять за пламя, было безвредное холодное электрическое свечение. Высушенный на печке лист газетной бумаги наэлектризовался от трения щеткой [28] ; приблизив к этой наэлектризованной бумаге спичку, мы вызвали на ее кончике то электрическое свечение, которое появляется на каждом острие вблизи наэлектризованных вещей. Свечение это не имеет ничего общего с пламенем: оно не обжигает и не обугливает, вообще, совершенно безвредно и неощутительно. Неудивительно, что спичка осталась невредимой.
Зажечь спичку каплей водыЭтот опыт основан на следующем свойстве дерева. Надломите осторожно спичку так, чтобы обе части оставались связанными некоторыми волокнами. Затем отогните обе половинки спички назад, под очень острым углом (почти до соприкосновения). В сухом состоянии такая спичка сохраняет неизменным острый угол и не стремится выпрямиться. Но стоит капнуть немного воды на место излома, и волокна древесины, напитавшись водою, начнут выпрямляться; обе половинки спички станут взаимно удаляться, пока острый угол между ними не превратится примерно в прямой.
Как же этим свойством воспользоваться, чтобы «зажечь спичку каплей воды»? Секрет, конечно в обстановке опыта. Возле зажженной свечи поставьте бутылку, заткнутую пробкой. С помощью булавки прикрепите к пробке надломанную спичку, как показано на рис. 63-м.
Рис. 63.Если теперь на место излома пустить каплю воды, спичка начнет распрямляться, головка ее поднимется, очутится в пламени свечи и зажжется. Капля воды здесь послужила, хоть и косвенно, причиной воспламенения спички. Живые фигурки
Способностью согнутых спичек выпрямляться при смачивании можно воспользоваться и для другого интересного опыта. Из плотной бумаги, например из игральных карт, вырежьте части человеческой или какой-либо иной фигуры. Наметьте точки, вокруг которых эти части должны вращаться, и приложите надломанные спички к фигурке так, чтобы вершина острого угла их приходилась как раз в точке вращения. Каплями растопленного сургуча закрепите спички в этом положении. Вы получите целую фигурку, пока еще неподвижную.
Чтобы такую фигурку оживить, заставить ее двигать своими членами, достаточно положить ее на плоскую тарелку и налить тонкий слой воды. Спички начнут распрямляться, увлекая с собою прилепленные к ним части фигуры, и вы увидите, как, например, лошадь или петушок станут медленно поднимать свои ноги. На рис. 64–67 вы видите несколько таких фигурок (со спичками в распрямленном виде).
Рис. 64. 
Рис. 65. 
Рис. 66. 
Рис. 67.Одну и ту же фигурку можно употребить в дело много раз. Когда спички высохнут, они снова согнутся, фигурки примут первоначальный вид и будут пригодны для повторения опыта. Юла из спички
Из тонкого, но плотного (тяжелого) картона вырежьте аккуратно кружок поперечником 4–5 сантиметров. Чем картон плотнее, тем лучше. Проще всего воспользоваться донышком круглой коробочки. Заострите спичку на конце и проткните ее через центр картонного кружка, предварительно проделав отверстие острием циркуля. Кружок должен сидеть примерно в сантиметре (даже меньше) от острого конца спички. Чтобы он не спадал, а держался прочно, капните у центра немного густого клея. Теперь юла готова.
Рис. 68.Чтобы заставить ее вертеться, закрутите спичку между большим и средним пальцами правой руки и уроните юлу в отвесном положении на стол или, лучше, на гладкую поверхность перевернутого блюда. Юла будет вращаться достаточно долго, чтобы успеть проделать с нею кое-какие интересные опыты. Можно, например, разделить кружок радиусами на несколько частей и закрасить эти части в различные цвета: при быстром вращении цвета сольются в один смешанный однородный цвет, порою совершенно неожиданного для вас оттенка; так, синий и желтый цвета дают зеленый и т. п. (Ряд разнообразных опытов с подобной юлой описан в моей книжке «Для юных физиков» [29] .)
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
fis.wikireading.ru
Спички зажигательные - Справочник химика 21
Поэтому дозировка зажигательной массы имеет очень важное значение как для экономии бертолетовой соли, так и для качества спичек. Долголетняя практика приготовления спичек выработала много рецептов зажигательной массы. [c.103]Бертолетова соль в большом количестве идет на спичечные фабрики для приготовления зажигательной массы, покрывающей головки спичек. [c.102]
Спички (зажигательные) 2. . . Ализариновая и анилиновые краски Белила (баритовые, свинцовые и [c.767]В состав зажигательной массы входит ряд веществ, имеющих различное значение при зажигании спичек. [c.102]
Мануфактура зажигательных спичек,— писал он,— ведет свое начало с 1833 г. со времени изобретения способа прикреплять фосфор к спичке. С 1845 г. она стала быстро развиваться в Англии... всюду разнося с собой и судорожное сжатие челюстей, которое один венский врач еще в 1845 г. определил ак специфическую болезнь рабочих, занятых в спичечном производстве... Эта мануфактура настолько известна своим вредным влиянием на здоровье рабочих и отвратительными условиями, что только самая несчастная часть рабочего класса — полуголодные вдовы и т. д.— поставляет для них детей, оборванных, чуть не умирающих с голоду, безответных, лишенных всякого воспитания детей... Данте нашел бы, что все самые ужасные картины ада, нарисованные его фантазией, превзойдены в этой отрасли мануфактуры . [c.480]
Одним из важных показателей качества спичек является легкость воспламенения головки спички о терку. Этот показатель называют чуткостью спичек. Она должна находиться в определенных пределах. Спички с очень высокой чуткостью способны воспламеняться при трении о неактивные шероховатые поверхности и потому не отвечают требованиям безопасности. При транспортировке таких спичек возможно самопроизвольное воспламенение. Опытом установлено, что чувствительность спичек зависит от соотношения окислителей и восстановителей в зажигательной смеси и от состава намазной массы терки. Температура воспламенения зажигательной массы имеет меньшее значение, чем головки. [c.32]
Спички зажигательные всякие с пуда брутто шесть рублей сорок копеек. ....... [c.335]
За период более чем 150 лет было использовано большое количество рецептур зажигательных масс, из которых изготавливают головки спичек. Они являются сложными многокомпонентными системами. В них входят окислители (КСЮз, КгСггО , МпОг), дающие кислород, необходимый для горения горючие вещества (сера, животные и растительные клеи, сульфид фосфора P4S3) наполнители — вещества, предотвращающие взрывной характер горения головки (измельченное стекло, РегОз) склеивающие вещества (клеи), которые одновременно являются и горючими стабилизаторы кислотности (ZnO, СаСОз и др.) вещества, окрашивающие спичечную массу в определенный цвет (органические и неорганические красители). [c.31]
Погрузку и выгрузку опасных грузов разрядных, способных к образованию взрывчатых смесей (селитры, натрия хлорноватокислого, нитрата натрия), сжатых и сжиженных газов (аммиака, сернистого ангидрида, бутана, пропана, дивинила и др.), самовозгорающихся веществ (алюминиевой пудры, магниевого порошка, цинковой пыли. волокнистых промасленных материалов), легковоспламеняющихся жидких и твердых веществ (ацетона, бензина, бензола, спирта, эфира, целлулоида, коллоксилина, спичек зажигательных), едких веществ (кислот азотной, серной, соляной, уксусной и др., извести негашеной, хлорной, пека, соды каустической), ядовитых веществ (метанола, этилированного бензина, анилина, антифриза, ядохимикатов для сельского хозяйства) — должны производить в специально отведенных местах, оборудованных в соответствии с действующими нормами и правилами. [c.397]
Трехсернистая сурьма используется для изготовления зажигательных смесей, применяемых в пиротехнике и при производстве спичек. [c.292]
Наружный тигель с песком нагревают на горелке со скоростью 0° в минуту (по термометру). При температуре примерно на 40° ниже предполагаемой вспышки нагрев уменьшают, доведя его скорость до 4° в минуту, при температуре на 10° ниже ожидаемой к тиглю на расстояние 12—14 мм от поверхности нефтепродукта подносят зажигательное приспособление (или спичку) и медленно проводят им по краю тигля, так чтобы время прохождения пламени от одного края тигля до другого составляло [c.143]
Мануфактура зажигательных спичек, — писал он,— ведет свое начало с 1833 s [c.352]
По причине образования этой двуокиси хлора смесь КСЮ с сахаром воспламеняется ст капли серной кислоты. Этим свойством пользовались прежде для получения зажигательных спичек, а иногда и ныне пользуются для зажигания мин, устраивая так, чтобы серная кислота попадала на смесь в желаемый момент. Образование СЮ ведет также к поучительному опыту горения фосфора под водою. В воду кладут кусочки фосфора и куски бертолетовой соли, а на них (чрез длинную воронку) наливают №30, тогда фосфор горит на счет образования СЮ . [c.607]
Зажигательные смеси на основе бертолетовой соли. Бертолле был свидетелем решения с помощью его соли насущной задачи — изобретения первых спичек. [c.343]
Применение. Белый фосфор применяют весьма ограниченно им наполняют зажигательные снаряды, артиллерийские снаряды и ручные гранаты, образующие при взрыве дымовые завесы. Из него делают светящиеся в темноте составы. Главная область применения красного фосфора — спичечное производство. Он входит в состав смеси, наносимой на боковые поверхности спичечной коробки. Головка спички состоит из смеси горючих веществ (серы и др.) с бертолетовой солью. Смесь легко воспламеняется при трении головки спички о шероховатую поверхность боковых сторон коробки. Красный фосфор применяют также в пиротехнике. [c.171]
Такие спички крайне необходимы в путешествии, а изготовить их нетрудно, если все необходимые операции выполнять с должной осторожностью и аккуратностью. Вам потребуется немного целлулоида (можно воспользоваться ненужными фото- или кинопленками) и ацетон (СНд)2С0. Если целлулоидной пленки, растворимой в ацетоне, найти не удастся, водонепроницаемое покрытие придется сделать, используя готовый нитроцеллюлозный клей. Нужны будут также компоненты зажигательной смеси — бертолетова соль (хлорат калия КСЮд), селитра (нитрат калия KNOg), древесный уголь, сера и красный фосфор. [c.392]
Спички, в 1805 г. появились первые предшественники современных спичек — деревянные лучинки, один конец которых покрывался смесью хлорноватокислого калия, сахара и гуммиарабика они зажигались при погружении в маленький сосудик с асбестом, пропитанным серной кислотой. Весь прибор назывался мгновенный зажигательный ящик . В эпоху гражданской войны подобного рода зажигательные ящики продавались в Петрограде с приложением следующего наставления [c.228]
Окислителем в соста)ве спичечной головки является пока исключительно КСЮз — вещество, весьма легко отдающее свой кислород. Горючих обычно в спичечном составе два сера и животный (костный) клей. Выбор горючих обоснован и химически, и технологически смесь КСЮз + 5 имеет сравнительно низкую температуру вспышки, (220° С) и обеспечивает легкость воспламенения состава животный клей вводится в виде водного раствора (при сушке вода удаляется), создает необходимую консистенцию массы и предохраняет при хранении спичек их головки от увлажнения. Однако обычно зажигательные спичечные составы содержат 6—8 компонентов, так как, в них входят еще катализаторы, ускоряющие разложение бертолетовой соли (МпОг, КгСггО ), наполнители (железный сурик Рез04, цинковые белила 2пО и др.), вещества, повышающие чувствительность (по терминологии спичечников чуткость ) спичечной головки к трению (молотое стекло), а также органические. красители (доли %) [ 127]. [c.290]
Рабочим запрещается иметь при себе спички или зажигательные приборы. [c.157]
Акцизные сборы с осветительных нефтяных масл и зажигательных спичек введены с 1887 г. Налога на соль в России не существует. [c.184]
В пятую группу переделывающих производств, можно сказать с уверенностью, возникшую позднее предшествующих, следовало бы включить не только все виды химических производств, начиная от получения кокса или светильного газа из каменных углей, но и все производства, группирующиеся около электричества. Сюда должны взойти сухая перегонка, получение смол, мыла и других парфюмерных товаров, зажигательных спичек и т. п. Конечно, эта группа производств окажется довольно сложною, но причину этого прежде всего должно искать в сложности многих новых народившихся потребностей и в разнообразии применения науки о внутренних силах для производства товаров, удовлетворяющих таким потребностям. [c.388]
При применении дихлорэтана, а также смесей других ядов с дихлорэтаном или при применении других огнеопасных фумигантов выключают электрические провода внутри обрабатываемых помещений и на расстоянии 20 м от места работы кузницы, мастерские, котельные, зерносушилки и т. п. в радиусе 20 м от места газации закрывают на все время работ до окончания дегазации. В указанной зоне запрещается разведение огня, зажигание спичек и курение. Спички и прочие зажигательные и осветительные принадлежности предварительно отбирают у всех работников, проводящих работы с применением дихлорэтана и смесей с ним, а также у выставлен- [c.566]
Добывание огня (с помощью угольного трута и серного фитиля), которое вплоть до XIX в. представляло собой сложное занятие, было коренным образом изменено с изобретением веществ, которые воспламенялись при достаточно низких температурах. Иоганн Вольфганг Дёберейнер, изучивший каталитические свойства платины, в 1823 г. сконструировал огниво , основанное на воспламенении струи водорода, направленной на губчатую платину. Через четыре года Джон Уокер создал фосфорные спички, которые, однако, вследствие их легкой воспламеняемости и ядовитости использовались мало. После того как в 1845 г. Антон Шрёттер открыл неядовитый красный фосфор, Рудольф Бёттгер в 1848 г. изобрел безопасные спички. Зажигательная смесь (хлорат калия, сульфид сурьмы и гуммиарабик ), используемая в этих [c.221]
Производство зажигательных средств развивается основываясь на процессах и препаратах. Виден шаг вперед от так называемых химических огнив (1807 г.) — кусочков дерева, покрытых смесью хлорнокислого калия и серы и воспламенявшихся при обмакивании в серную кислоту, — к зажигательным спичкам. Фосфорные спички впервые появились в 1833 г. (Ромер в Вене, Мольденгауер в Дармштадте). В их производстве сделаны некоторые усовершенствования с открытием аморфного, неядовитого фосфора, который с 1848 г. стал примешиваться или к трущей массе, или к натираемой поверхности (шведские спички). В связи с этим получило развитие массовое производство фосфора считавшегося в прошлом столетии химической редкостью. Метод получения фосфора, предложенный Шееле, был улучшен в 1788 г. Николя, а в новое время существенно видоизменен Флеком и другими. Рука об руку с разработкой содовой промышленности шло развитие других отраслей химической индустрии, среди которых одно из первых мест занимает мыловаренное [c.61]
Французский химик, коллега и соратник Лавуазье, имел множество должностей и званий доктор медицины и лейб-медик при дворе герцога Орлеанского, член Парижской академии наук, правительственный инспектор государственных красильных фабрик, смотритель монетного двора и, наконец, научный консультант Наполеона. Он сопровождал императора Франции в военном походе в Египет. Он представлял собой тип беспринципного и тщеславного придворного, но тем не менее был талантливым ученым и вошел в историю как автор многих химических открытий. Его считали другом Лавуазье, однако он не потрудился защитить ученого от преследования и казни, хотя и был членом революционного комитета Франции. В 1807 г. он оставил официальную службу и поселился в парижском предместье Аркей, где создал свою химическую лабораторию и основал Аркейское научное общество, в состав которого входили самые выдающиеся ученые Франции. Когда произносят имя этого ученого, прежде всего вспоминают его научный спор с Джоном Дальтоном о законах стехиометрии, в котором Дальтон одержал победу. Кстати, именем этого химика названа соль — сильный окислитель, некоторое количество которой входит в состав зажигательной смеси головок спичек. Кто же он [c.269]
Техническая пятисернистая сурьма, содержащая сульфиды сурьмы переменного состава, главным образом ЗЬгЗ , служит для вулканизации и окраски каучука, а также для изготовления зажигательного состава для спичек. Ее получают разложением натриевой соли тиосурьмяной кислоты (соль Шлиппе) с минеральными кислотами, например, соляной но следующему уравнению [c.208]
В остатке от накаливания кислой фосфорноизвестковой соли с углем получается пирофосфорная соль СаФЮ , содержащая еще фосфор. Подвергая пирофосфорную соль действию серной или соляной кислоты, можно получить из остатка опять новое количество кислой соли и таким образом извлечь весь фосфор. Берут обыкновенно жженые кости ископаемые фосфориты и апатиты также дают материал для добывания фосфора, назначаемого преимущественно для производства зажигательных спичек. Для облегчения производства фосфора предложено множество способов, сущность которых не отличается от обычного, потому что задача сводится к тому, чтобы, действуя кислотою, освободить фосфорную кислоту, а ее восстановить углем. Так, СаЗ(Р0 )- можно смешивать прямо с углем и песком при накаливании выделяется фосфор, потому что SlO вытесняет Р О , а он с С дает СО и Р. Предложено также прямо чрез накаленную смесь Са (РО )2 и С пропускать НС1 — здесь H I на СаО действует так же, как и SiO , освобождая Р О , который и восстановляется углем. При охлаждений паров фосфора нужно избегать прикосновения их с воздухом, потому что они воспламеняются на втом основании заставляют газообразные продукты проходить чрез сосуд, иаполненный водою, для чего служат холодильники, подобные изображенному на рисунке. [c.478]
P S получается при осторожном сплавлении под водою надлежащих количеств обыкновенного фосфора и серы, — это есть жидкость, способная около 0° застывать, она перегоняется без изменения, но на воздухе дымит и легко загорается. Подобными же свойствами обладает P S. При образовании этих соединений отделяется немного тепла, и можно думать, что вти вещества содержат прямо готовые частицы фосфора и серы (т.-е. содержат их сплав или раствор), но если количество серы увеличить, то реакция сопровождается таким значительным возвышением температуры, что происходят взрывы, и для безопасности следует тогда брать красный фосфор, смешивать как можно теснее с порошком серы и нагревать в атмосфере СО . Водою высшие соединения разлагаются. Так, при изменении количества серы получили P S в виде призм (плавится при 165°, Rebs), растворимых в S, не изменяющихся на воздухе и водою (соединение P S применяется 80 Франции для зажигательных спичек вместо фосфора, потому что при нем заболевание рабочих от отравы фосфором исчезло на заводах) трех-сервистыв фосфор P S , аналог Р О , в виде бледножелтого, кристаллического вещества, малорастворимого в S плавкого и летучего, разлагающегося водою на №S и РН О а с K S и т. п. дающего тио-соли, как и высшая степень соединения серы с фосфором P S . Этот пятнсерннстый Фосфор отвечает Р О похож на P S , с избытком воды дает Р№0 и №5. Реагирует во многом сходно с P P. Известен также PS , плотность паров которого указывает (повидимому) на частицу P S . [c.513]
Применяется в текстильной поомышленности, для производства хромовосвинцовых красок, в производстве спичек, в фотографии, для приготовления зажигательных составов. [c.146]
Кстати, о примене]шях элементарного фосфора главные его потребители — производство спичек, металлургия, химические производства. В недавнем тфошлом часть получаемого элементарного фосфора расходовалась на военных предприятиях, его использовали для приготовления дымовых и зажигательных составов. [c.240]
chem21.info
Как зажечь огонь
Илья Абрамович Леенсон«Химия и жизнь» №1, 2011
Неистов и упрям,Гори, огонь, гори,На смену декабрямПриходят январи.Булат Окуджава
Первый огонь
Горение — первая химическая реакция, с которой познакомился первобытный человек. И научился примитивно ею управлять, добавляя в нужное время сучья в костер. Тысячи лет огонь использовали для обогрева, приготовления пищи, освещения. Вокруг костра или очага проходила вся общественная жизнь людей. Непередаваемая игра языков пламени запечатлелась в общественном сознании, поэтому любое пламя — свечей, костра, пожара — и в XXI веке так завораживающе действует на человека.
Овладение огнем немало способствовало тому, чтобы человек разумный занял господствующее положение на планете. Вероятно, одним из первых религиозных представлений стало поклонение огню. В Индии в древнейших гимнах «Ригведы» воспевается Агни — бог огня, домашнего очага и жертвенного костра, по числу упоминаний он занимает второе место после Индры, главы всех богов. Именно от древнего индоевропейского корня произошли и латинское ignis, и русское «огонь»; этот корень есть во всех славянских языках, и не только в них (по-литовски огонь — ugnis, по-латышски — uguns, да и по-английски igneous — огненный).
Первый использованный человеком огонь был нерукотворным: его зажгла молния или вулканическая лава. Вид горящего леса вызывал панический ужас у всего живого. «Красным цветком... называли огонь, — пишет Редьярд Киплинг в «Книге джунглей», — потому что ни один зверь в джунглях не назовет огонь его настоящим именем. Все звери смертельно боятся огня». Человек сумел преодолеть страх и приручил огонь. Многие мифы связывали овладение огнем с древними героями, похитившими его с неба. Самый известный — миф о Прометее; дав людям огонь, он был за это жестоко наказан богами.
Вспыхнувшее от удара молнии дерево — редкое явление, поэтому сохранение огня было важным ритуалом. Потеря огня, особенно в холодное время, была почти эквивалентна потере жизни. Отсюда многие древние и современные ритуалы: жрецы в храмах поддерживали неугасимый огонь, горят свечи в христианских храмах, по субботам зажигают свечи иудеи, в память о погибших горит Вечный огонь, перед очередными Олимпийскими играми из Греции несут олимпийский огонь.
Вплоть до ХХ века огонь был единственным средством не только обогрева и получения механической работы в паровых машинах, но и освещения. Улицы и помещения освещались факелами или плошками с растительным маслом или животным жиром (изредка для этих целей использовали спермацет — воскообразное вещество из головы кашалота). Затем их сменили свечи (восковые и более дешевые стеариновые и парафиновые), керосиновые лампы и газовые фонари. Однако в свет переходит лишь ничтожная часть энергии пламени (десятые доли процента), в основном она выделяется в виде теплоты.
В течение многих веков огонь добывали трением, а затем — ударом кресала о кремень (см.: Огонь без спичек и зажигалок, «Химия и жизнь» № 3, 2009). Искры при ударе давал, в частности, минерал пирит, откуда и происходит его название.
Наконец, зажигалка
В 1770 году была изобретена электрическая зажигалка, в которой струя водорода воспламенялась от искры электрофорной машины. Такая зажигалка могла служить для красивых демонстраций на лекции, но не для использования в быту. Появление зажигалки, какой мы ее знаем, связано с именем немецкого химика Иоганна Вольфганга Дёберейнера. Одно из важнейших его открытий — катализ: способность мелкодисперсной платины (платиновой черни) инициировать протекание ряда химических реакций; при этом сама платина не претерпевает изменений. В 1821 году Дёберейнер обнаружил, что платиновая чернь окисляет пары винного спирта до уксусной кислоты уже при обычной температуре. Через два года он открыл способность губчатой платины при комнатной температуре воспламенять водород. Если смесь водорода и кислорода (гремучий газ) ввести в соприкосновение с платиновой чернью или с губчатой платиной, то сначала идет сравнительно спокойная реакция горения. Но так как эта реакция сопровождается выделением большого количества теплоты, губка раскаляется и гремучий газ может взорваться. На основании своего открытия Дёберейнер сконструировал «водородное огниво» — прибор, широко применявшийся для получения огня до изобретения спичек. В нем струя водорода, получаемого действием цинка на раствор серной кислоты, направлялась на мелкодисперсную платину и загоралась.
В 1862 году голландский промышленник Петрус Якоб Кипп сконструировал аппарат для получения водорода, ныне носящий его имя. Эту конструкцию использовали и в водородном огниве: выходящую из аппарата струю водорода направляли на губчатую платину. Придя с ней в соприкосновение в присутствии воздуха, водород воспламенялся. Конечно, аппарат Киппа в карман не положишь; прибор мог быть только стационарным. «Водородное огниво» быстро вытеснило спички, сначала опасные фосфорные, потом безопасные серные. Однако спички легко отсыревают, пламя задувается ветром, на производство спичек тратится древесина, для их изготовления используется опасная бертолетова соль. Альтернативой спичкам служат зажигалки. Раньше их заправляли бензином. Бензин пропитывал фитиль, испарялся, и его пары поджигались искрой, получаемой от трения стального колесика о маленький цилиндрик, сделанный из специального сплава. Этот сплав изобрел австрийский химик Карл Ауэр фон Вельсбах, воспользовавшись удивительным свойством церия: если проволоку из этого металла поскрести ножом, то образующиеся мельчайшие пылинки самовоспламеняются на воздухе (такое свойство называется пирофорностью — от греческих слов pyr — огонь и phoros — несущий). Ауэр усилил пирофорность церия, сплавив его с другими металлами. Получился сплав (так называемый мишметалл, от немецкого mischen — смешивать), который при ударе или энергичном трении о стальное колесико дает множество искр, и они легко поджигают фитиль. Для зажигалочных кремней оптимален состав: церий — 66%, лантан — 8%, железо — 25%, магний — 0,5%, медь — 0,5%. Зажигалки позволили сэкономить во всем мире бесчисленное количество спичечных коробков.
Аналогичный сплав на основе церия используется в трассирующих пулях и снарядах. Специальная насадка из пирофорного сплава надета на снаряд снаружи, а роль «колесика» в зажигалке, высекающего искру, играет воздух. При больших скоростях трение насадки о воздух заставляет снаряд искрить, и путь его легко проследить.
Бензиновые зажигалки со временем уступили место более удобным газовым. В них под небольшим давлением находится сжиженный газ — бутан или его смесь с пропаном. Механизм поджига прежний: колесико и кремень. В новых конструкциях нет движущихся деталей, зажигание производит тонкая нихромовая проволока, накаляемая током, либо искра, которая проскакивает между двумя электродами. В обоих случаях в зажигалке должен быть источник энергии — батарейка. Альтернатива — пьезоэлектрические зажигалки, которые не требуют дополнительных источников питания: при сжатии некоторых кристаллов в них генерируется высокое напряжение, которое и создает искру. Сравнительно недавно венгерские изобретатели, вспомнив «огниво» Дёберейнера, сконструировали зажигалку нового типа: на выходе струи газа находится платиновая спиралька, которая катализирует реакцию горения. Пламя у новой зажигалки сильное и устойчивое, ему не страшен ветер. Таким пламенем можно не только поджечь сигарету, но и сварить при необходимости тонкую проволоку.
История спички
Водородное «огниво» Дёберейнера было громоздким и непереносным прибором. В 1831 году французский студент Шарль Сориа, которому тогда было 19 лет, придумал намазывать на деревянные палочки смесь из белого фосфора, бертолетовой соли, растительной камеди и некоторых добавок. Достаточно было чиркнуть такой спичкой о любую шероховатую поверхность (например, о подошву башмака), как повышение температуры в результате трения немедленно вызывало бурную взрывную реакцию
5KClO3 + 6P = 5KCl + 3P2O5,
приводящую к воспламенению спички. Однако у Сориа не было денег, чтобы запатентовать свое изобретение; он не смог также наладить массовое производство спичек. Спустя два года это сделал немецкий химик Иоганн Каммерер.
Фосфорные спички стали популярны, спрос на белый фосфор возрос, в Германии и Франции начали строить фабрики по производству фосфора путем прокаливания смеси фосфорной кислоты с древесным углем:
2Н3РО4 = Р2О5 + 3Н2О;Р2О5 + 5С = 2Р + 5СО.
В 1844 году фосфор начали получать в Англии, а затем и в других странах. В Россию фосфорные спички впервые попали в 1836 году, и в последний год своей жизни иностранной новинкой в принципе мог воспользоваться А. С. Пушкин. Вскоре в Петербурге была открыта фабрика «по выделыванию зажигательных спичек», а к 1882 году в России было уже 263 спичечные фабрики! В результате цена спичек снизилась в 20 раз.
Однако фосфорные спички были чрезвычайно опасны. И производство, и потребление этих спичек сопровождались многочисленными пожарами и отравлениями. Среди «тургеневских барышень» пользовался популярностью такой способ самоубийства: с головок спичек соскабливался фосфор и выпивался с водой. Известен случай гибели от ожогов женщины, наступившей на фосфорную спичку: от загоревшейся спички вспыхнуло ее платье. В конце концов фосфорные спички были запрещены почти во всех странах (в России — в 1875 году).
Менее опасными оказались «бесшумные спички», которые изобрел венгерский химик Янош Ирини. Он заменил в головке спички бертолетову соль на менее сильный окислитель — диоксид свинца, и реакция окисления фосфора пошла спокойнее:
5PbO2 + 2P = 5PbO + P2O5.
Однако любые усовершенствования ничего не могли поделать с ядовитостью белого фосфора. Проблема была решена, когда на смену фосфорным пришли так называемые безопасные (они же шведские) спички. Произошло это только после того, как в 1847 году австрийский химик Антон Шрёттер фон Кристелли обнаружил, что, если белый фосфор нагревать в герметичном железном сосуде, он превращается в неизвестную до этого разновидность — красный фосфор. (Шрёттер сделал еще одно замечательное изобретение: он первым рекомендовал дамам использовать перекись водорода для обесцвечивания волос.) Шведские спички были изобретены в 1848 году, однако не шведом, а немецким химиком Рудольфом Бёттгером. Он догадался, что красный фосфор надо отделить от сильного окислителя — бертолетовой соли. Название новые спички получили из-за того, что впервые их массовое производство наладили в 60-е годы XIX века братья Лундстрём в Йенчёпинге на юге Швеции.
В современных спичках красный фосфор входит только в состав намазки на коробке (к нему может быть добавлен сульфид фосфора P4S3). В намазке находятся также сульфид сурьмы Sb2S3, мумия Fe2O3 (или свинцовый сурик Pb3O4), мел, молотое стекло, костяной клей, некоторые другие вещества. Горючие вещества есть и в спичечной головке — это сера с добавкой сульфида сурьмы или фосфора, а окислителем служит бертолетова соль KClO3 (к ней могут добавляться также другие окислители — дихромат калия K2Cr2O7, диоксид марганца MnO2, хромат бария BaCrO4, диоксид свинца PbO2). Кроме того, в головке есть оксид цинка ZnO, молотое стекло, костяной клей, мумия или сурик. При трении головки спички о намазку мельчайшие частички красного фосфора на боковой поверхности коробки воспламеняются и поджигают головку спички, при этом в основном идет реакция
3S + 2KClO3 = 3SO2 + 2KCl.
Реакция эта происходит настолько быстро (чистая смесь серы с бертолетовой солью взрывается от удара), что осиновая основа спички не успевает загореться; легче загорается парафин, которым пропитана верхняя часть спички, а горящий парафин уже поджигает древесину. В общем, настоящий химический завод.
Гори, свеча, гори
В наиболее распространенном типе пламени горючее вещество и окислитель поступают в зону горения независимо и в этой зоне реагируют, образуя пламя. Идеальной и в то же время достаточно простой его моделью такого пламени может служить обыкновенная свеча — одно из наиболее совершенных изобретений человека, не утратившее до сих пор своего значения. В отличие от лучины, свеча горит довольно медленно, без копоти, в течение многих часов давая ровное и сравнительно яркое пламя. До изобретения электрического освещения просторные залы и дворцы освещались сотнями и тысячами свечей.
В общих чертах процессы, происходящие при горении свечи, были выяснены еще в позапрошлом веке. В декабре 1860 года английский физик Майкл Фарадей прочитал в большом зале Королевского института в Лондоне шесть публичных рождественских лекций «Химическая история свечи». В этих лекциях, предназначенных в основном для подростков, Фарадей подробно рассказал о своих исследованиях по физике и химии горения и показал ряд простых и поучительных опытов.
Фарадей не записывал своих лекций. К счастью, присутствовавший на его лекциях молодой английский химик Уильям Крукс, впоследствии президент Королевского общества (Английской академии наук), записал лекции Фарадея и издал их, сопроводив иллюстрациями и комментариями. Еще при жизни Фарадея книга «История свечи» была в 1866 году переведена на русский язык, а затем несколько раз переиздавалась.
Во времена Фарадея свечи делали чаще всего из стеарина (от греч. stear — жир, сало) — жирной на ощупь полупрозрачной массы белого или желтоватого цвета. Это смесь твердых жирных кислот с общей формулой Cnh3n+1COOH, среди которых преобладает стеариновая кислота (обычно с примесью пальмитиновой и олеиновой). Стеарин плавится в интервале 50–65°C, что очень удобно для изготовления и эксплуатации свечей. Когда-то производство стеарина для свечей было важной отраслью промышленности (достаточно сказать, что в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона стеарину посвящено около семи страниц мелкого текста и 16 рисунков, тогда как в современной пятитомной Химической энциклопедии — всего четыре строчки).
Сейчас свечи делают в основном из парафина — бесцветного воскообразного вещества, который состоит из смеси твердых предельных неразветвленных углеводородов состава Cnh3n+2, содержащих от 16 до 30 атомов углерода в молекуле. Парафин легче воды, легко плавится (при 45–65°C). Его получают главным образом при переработке нефти, которая, в зависимости от месторождения, может содержать от долей процента до 20% и более парафина. Парафин при комнатной температуре химически инертен, а при высокой температуре легко сгорает с выделением углекислого газа и воды, почти не образуя копоти. Парафином пропитывают часть спички, прилегающей к головке, чтобы древесина легче загорелась.
Для правильного горения свечи очень важен фитиль, который должен сгорать без остатка одновременно с парафином. Современный фитиль делают из хлопчатобумажных нитей, пропитанных солями фосфорной и борной кислот. Эти вещества способствуют тому, что целлюлоза, из которой состоит в основном хлопок, сгорает без остатка. А когда-то снятие нагара со свечей было проблемой; для этого выпускали специальные щипцы. Важен и диаметр фитиля: слишком толстый даст коптящее пламя, а у слишком тонкого пламя будет маленьким и может погаснуть. Скорость, с которой сгорает свеча, зависит, помимо прочего, от скорости притока воздуха в зону горения. Нагретый пламенем горячий воздух поднимается вверх, а на его место снизу и сбоку приходят струи холодного воздуха. Он охлаждает верхний ободок свечи и не дает расплавиться находящемуся там воску, поэтому расплавленный воск оказывается в «чашечке» из твердого воска и не выливается. Космонавт в космическом корабле, находящемся на земной орбите, не смог бы наблюдать за горящей свечой: в отсутствие силы тяжести горячий воздух вверх не поднимется, а свежий не сможет подойти к зоне горения, и свеча погаснет.
После зажигания свечи огонь быстро растапливает часть парафина около фитиля, образуя небольшую лужицу. Жидкий парафин капиллярными силами поднимается по фитилю вверх, как вода от корней растения к ветвям и листьям. Добравшись до горячей зоны, парафин частично испаряется, а частично разлагается. Испаряются в основном более легкие парафиновые углеводороды. Температура в самой верхней части горящего фитиля составляет около 600°C. Этого вполне достаточно, чтобы закипели и более тяжелые углеводороды. Так, гексадекан С16Н34 кипит при температуре 286,8°C, эйкозан С20Н42 при 343°C, докозан С22Н46 при 368,6°C. Но тяжелые углеводороды при высокой температуре и атмосферном давлении не кипят, а разлагаются. Практически сразу же после испарения разлагаются в горячей зоне и легкие углеводороды; продукты разложения запускают целый каскад сложных химических превращений, о которых еще пойдет речь.
Непосредственно над горящим фитилем легко заметить темный несветящийся конус, температура в его нижней части равна 800°C, а в верхней — 1000°C. В эту часть пламени кислород почти не доходит. Темный конус окружен желтым пламенем, которое и испускает свет; его температура — 1200°C. А сбоку от желтого пламени, в основном в нижней его части, виден тонкий слой голубого огня — это самая горячая часть пламени, ее температура — 1400°C (температура в разных участках пламени была измерена с помощью микротермопар). Все эти особенности пламени, которые характерны не только для свечи, объясняются различными химическими процессами — в каждой зоне пламени они свои.
Свечение твердых тел и газов зависит от температуры. Чем выше температура, тем чаще сталкиваются атомы и молекулы. Энергия столкновения передается электронам, которые переходят на более высокий энергетический уровень. Самопроизвольное возвращение электронов в исходное состояние сопровождается излучением квантов света — фотонов. Если нагревать твердое тело, то по мере повышения температуры его цвет постепенно переходит от красного к желтому и, наконец, белому. Свечение же раскаленных частиц в газах зависит от их химической природы. Так, возбужденные атомы ртути в люминесцентных лампах испускают много невидимых ультрафиолетовых лучей, атомы гелия испускают желтый свет, неона — оранжевый, аргона — зеленовато-голубой и т. д. Атомы ртути и благородных газов в трубках возбуждаются электрическим разрядом. В пламени возбуждение электронов происходит не только из-за высокой температуры, но и за счет энергии разнообразных химических реакций.
Цвет пламени зависит от природы возбужденных частиц, находящихся в зоне горения. Так, горящий магний испускает ослепительный белый свет — это светится раскаленный теплотой реакции ее продукт — твердый оксид магния MgO. Возбужденные атомы, а также частицы, состоящие из нескольких атомов, испускают свет определенных длин волн, на этом основан спектральный анализ. Испускание света раскаленными частицами используется в пиротехнических составах — смесях горючего вещества, окислителя и веществ, окрашивающих пламя (обычно это соли металлов). При высокой температуре, которую дает горящий состав, соединения металлов светятся разными цветами: стронций дает карминово-красный цвет, натрий — желтый, барий — зеленый, медь — синий. Искрящиеся «звездочки» содержат порошки металлов (магния, алюминия). Порох, смешанный с чугунными опилками, дает при сгорании красивый сноп искр. Небольшой и безопасный «фейерверк» можно устроить дома с помощью корки мандарина или апельсина. Если сильно сжать корку, из нее брызнет струйка жидкости, содержащей эфирное масло: направленная на огонь, струйка дает в воздухе красивые вспышки пламени.
Фарадей тоже иллюстрировал свои лекции простыми опытами, которые легко повторить в домашних условиях.
С помощью тонких стеклянных трубочек он выводил вещества из разных участков пламени и показывал, что одни из них представляют собой еще не сгоревшую сажу, другие — горючие газы, которые можно поджечь на другом конце трубочки. Похожий опыт можно воспроизвести с помощью листа бумаги, свернутой в виде конуса. Если поджечь широкую часть бумажного конуса, расположенного горизонтально, из его узкой части начнут выделяться пары — продукты неполного разложения целлюлозы. При поджигании эти пары загораются. Продукты неполного сгорания обусловливают запах, который появляется, когда свечу гасят. Эти продукты в виде белого дымка можно быстро поджечь спичкой или зажигалкой (их нужно держать наготове зажженными), и тогда пламя снова охватит фитиль, «спустившись» на него сверху. Легко обнаруживается и один из продуктов горения — пары воды: если подержать над пламенем холодный и достаточно массивный (чтобы не нагрелся) металлический предмет, он покроется капельками воды.
В заключение — об одной ошибке. Иногда на уроках показывают такой опыт: в тарелку с водой пускают плавать деревянный или пенопластовый кружок, на котором укреплена горящая свеча. На кружок со свечой опускают перевернутую стеклянную банку и ставят ее в таком виде на дно сосуда с водой. Через некоторое время свеча гаснет, и примерно пятая часть банки заполняется водой. Опыт якобы показывает, что лишь пятая часть воздуха (кислород) поддерживает горение, однако эффект объясняется нагревом воздуха при горении свечи и его охлаждением при прекращении оного. Так что опыт не иллюстрирует состав воздуха, а подтверждает высказывание Фарадея: «Явления, наблюдающиеся при горении свечи, таковы, что нет ни одного закона природы, который при этом не был бы так или иначе затронут».
elementy.ru
