Уравнение реакции горения спички в кислороде

Мало кто подозревает, чиркая спичкой о коробок, что тем самым начинает достаточно сложный химический процесс. Прежде всего, при трении спичечной головки о шершавую боковину коробка, выделяется тепло, при котором фосфор, нанесённый на коробок, начинает взаимодействовать с бертолетовой солью в головке. От этого температура ещё больше повышается и в результате вспыхивает сера, также содержащаяся в головке. Наконец, пламя перекидывается на деревянную часть спички. Происходит всё это, конечно, очень быстро, в какую-то долю секунды.

Спички были изобретены во Франции в 1805 году. Главной проблемой оказалось подобрать удобную химическую реакцию, при которой выделяется достаточно тепла для воспламенения деревянной палочки. Поначалу головку спички, сделанную из бертолетовой соли и сахара с камедью, предлагалось макать в пузырек с концентрированным раствором серной кислоты. Это было неудобно и опасно. Потом в 1827 году английский аптекарь Джон Уолкер придумал серные спички, которые зажигались о наждачную бумагу, а в 1866 году появились безопасные «шведские» спички, использующие красный фосфор.

О пропорциях деревянной палочки никто особенно не задумывался. А между тем процесс горения не так прост. Если мы повернем спичку так, чтобы пламя было внизу, оно будет продвигаться быстрее, чем на спичке пламенем вверх. Это связано с тем, что кислород по-разному поступает в зону горения.

Теоретическое исследование процессов горения сделал академик Яков Зельдович во время работы над атомной бомбой. Он был выдающимся и многосторонним ученым, хотя и не имел официального высшего образования. За работы по атомной тематике он получил три звезды Героя Социалистического Труда.

Примерно в то же время английские биофизики Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли, отслужившие всю войну в армии, работали над изучением распространения нервного импульса в гигантском аксоне кальмара. Они получили очень похожие уравнения. Это открытие в 1963 году было удостоено Нобелевской премии.

С физической точки зрения процессы горения и распространения нервного импульса оказались очень близкими: нервный электрический импульс распространяется по нервному волокну, как огонек по спичке или бикфордову шнуру. Но главное чудо оказалось в том, что работа ансамблей нервных клеток в мозгу также подчиняется похожим, хотя и несколько более сложным уравнениям. Оказалось, что процессы, определяющие переработку информации в мозгу, имеют много общего с процессами горения.

Мы задумались о такой простой вещи, как горение спички. Чтобы спичка горела, необходимо соблюдать определенные пропорции между ее диаметром, концентрацией кислорода в окружающей среде, теплотворностью горючего материала и общей теплопроводностью воздуха и материала спички. Но оказалось, что эти сведения важны и для понимания процессов переработки информации в нервной системе и мозге. Так уж удивительно устроен мир, и такая вот неожиданная вещь — наука.

Видео:Уравнивание реакций горения углеводородовСкачать

Такие разные спички: состав спичечной головки

Спичка представляет собой небольшую палочку из дерева с затвердевшей смесью легковоспламеняющихся химикатов на одном конце. При ее трении о боковую поверхность коробка, нагреваются обе соприкасающиеся поверхности. Генерируется достаточно тепла, чтобы вызвать небольшое пламя.

Видео:Реакции металлов с кислородом и водой. 8 класс.Скачать

Требования к древесине

Древесина для изготовления спичек должна быть достаточно пористая, чтобы впитать в себя необходимое количество химикатов, и гибкая, чтобы не ломаться при трении о коробок. При этом она должна быть легкой в обработке. Этим условиям лучше всего соответствует осина и белая сосна.

В России производятся в основном осиновые терочные безопасные спички. Для их воспламенения требуется покрытая специальным составом химических веществ боковая поверхность коробка.

Видео:Горение. 7 класс.Скачать

Процесс изготовления

Сначала из древесины делают заготовки – палочки определенной длины и сечения. Далее так называемую соломку вымачивают в растворе фосфата аммония. Это делают для предотвращения тления после сгорания зажигательной головки, как называется головка спички. После просушки и шлифовки заготовки устанавливаются в матрицу транспортировочного барабана, с помощью которого выполняются все последующие операции промышленного производства.

Заготовки подогревают и один конец окунают в парафин. При зажигании он обеспечит небольшое дополнительное количество топлива для горения, чтобы вспыхнувшее при трении пламя было достаточным для возгорания спички. Как только пары парафина сгорят, фосфат аммония, которым пропитана соломка, предотвратит дальнейшее горение. Сверху наносится клеевая смесь химического состава спичечной головки.

Видео:Химические уравнения // Как Составлять Уравнения Реакций // Химия 9 классСкачать

Терочные спички

Они воспламеняются только при трении головки о специально предназначенную для зажигания боковую сторону коробка. Состав химикатов остается неизменным со времени изобретения шведских спичек в 1855 году: сера, хлорат калия (бертолетова соль KClO₃), оксид марганца (пиролюзит) и мелкодисперсный стеклянный порошок.

Это основные компоненты, обеспечивающие горение. Бертолетова соль — окислитель, поставщик кислорода, без которого пламя быстро потухнет. Пиролюзит применяют для небольшого снижения температуры пламени. Сера легко воспламеняется и поддерживает горение. Стеклянный порошок добавляют для увеличения трения.

Состав спичечной головки изменялся за это время только в количественном соотношении, преимущественно за счет добавления инертных материалов для контроля скорости горения: цинковые белила, хромпик. В смесь также входит животный клей, скрепляющий все компоненты. Иногда добавляют водорастворимые красители.

Состав смеси на боковой стороне коробка: сульфид сурьмы и красный фосфор, в которые также добавлены инертные вещества, чтобы при зажигании одной спички не вспыхнул весь коробок. Это может быть тот же порошок стекла, гипс, каолин, железный сурик.

Видео:горение железа в кислородеСкачать

Химическая реакция горения

Условно химическую реакцию воспламенения спички при трении о коробок можно выразить уравнением

Основными химическими элементами являются бертолетова соль, входящая в состав спичечной головки, и красный фосфор, при реакции выделяется сернистый газ с характерным запахом.

Видео:Тема 14. Химические свойства кислорода: взаим. с простыми и сложными веществами. Реакции соединенияСкачать

А без коробка зажечь?

При совпадении некоторых условий спичку можно зажечь трением о поверхность, не покрытую специальным составом для коробка. Для этого применяется иная химия головки спички.

Бестерочные – так их называют. Они способны воспламеняться при трении о любую шероховатую поверхность. Производятся в США и Англии, в основном для армейских нужд, под названием strike anywhere. Из чего делают спички, которые часто показывают в американских фильмах, интересует многих.

Зажигательная головка изготавливается из двух различных составов химических веществ и содержит сесквисульфид фосфора P4S3 – нетоксичное соединение с серой.

Непосредственно на пропитанную парафином соломку наносят клеевую смесь серы, бертолетовой соли, канифоли, трисульфида сурьмы, сесквисульфида фосфора и инертные и стабилизирующие компоненты.

После просушки базового слоя на зажигательную головку наносят верхний слой состава спичечной головки, содержащей те же компоненты, но в других пропорциях: большее количество сесквисульфида фосфора, бертолетовой соли, мелкодисперсного стеклянного порошка.

При трении зажигательной головки под воздействием нагревания высокореактивный химикат загорается пламенем голубого цвета и воспламеняет остальные компоненты зажигательной головки.

Кроме всем знакомых бытовых (в пятисантиметровых коробках), выпускаются спички, предназначенные для конкретных целей:

• каминные и газовые – большего размера для удобства применения;
• для разжигания сигар и трубок;
• хозяйственные – в больших упаковках;
• всепогодные – для любителей экстремальных видов отдыха; воспламеняются даже в самых неблагоприятных погодных условиях;
• сигнальные – горят ярким, издали заметным пламенем; в состав смеси спичечной головки добавляют магний.

Видео:Как расставлять коэффициенты в уравнении реакции? Химия с нуля 7-8 класс | TutorOnlineСкачать

Как спичка зажигается и виды спичек

Видео:Составление уравнений реакций горения. 11 класс.Скачать

Открытие Шарля Сориа

Видео:Опыты по химии. Горение фосфора в кислородеСкачать

Спички в России

Видео:Составление уравнений химических реакций. 1 часть. 8 класс.Скачать

Закон в России о спичках XIX века

Видео:Химия 8 класс (Урок№11 - Кислород: получение, физические и химические свойства,применение. Оксиды.)Скачать

Физико-химический процесс зажигания спички

Видео:29. Общая реакция горения для всех углеводородов. Как расставить коэффициенты реакции легкоСкачать

Виды спичек

Каждый день люди встречаемся с необычным явлением. С тем самым явлением — чудом, которое титан Прометей принес человечеству, за что и был наказан разгневанными богами. Это чудо хранится скромной деревянной коробочке и называется стачками.

Впрочем, вы вправе спросить, — какое же это чудо, что может быть проще спички?

Но вспомним, сколько веков понадобилось людям, чтобы изобрести простенькую спичку.

Открытие Шарля Сориа

В 1831 году были изобретены предшественники современной спички — фосфорные спички. Их изобрел девятнадцатилетний француз Шарл Сориа.

Сориа было известно, что смесь бертолетовой соли с серой взрывается при ударе. К этой смеси юный экспериментатор добавил белый фосфор.

Как спичка зажигается и виды спичек

В эксперименте, все лучинки, смазанные таким составом, стали воспламеняться при трении о любой предмет, так как белый фосфор загорается уже при температуре 50 ℃.

Сориа не удалось зарегистрировать патент на изобретение — это стоило больших денег. Поэтому через год спички были изобретены вновь немецким учителем Камерером.

Спички в России

В Россию, впервые, фосфорные спички попали 1836 году. Первые импортные спички продавали по фантастической цене того времени, более рубля за сотню.

Цены, естественно, снизились, когда год спустя в Петербурге была открыта первая русская фабрика «по выделыванию зажигательных спичек». Через пять лет таких фабрик было уже девять. Рекордное количество фабрик – 263, было зарегистрировано в 1882 году.

Со временем, импорт спичек сошел на нет, а отечественные спички стоили довольно дешево — по пятаку за сотню. Входящий в состав фосфорных спичек белый фосфор ядовит и взрывоопасен, поэтому и производство, и потребление спичек были сопряжены с отравлениями и пожарами.

Со временем это приняло столь катастрофические формы, что уже в 1862 году было издано распоряжение об ограничении продажи белого фосфора.

Во многих странах фосфорные спички были запрещены еще в конце прошлого века, сейчас их нигде не делают.

Как спичка зажигается и виды спичек

Закон в России о спичках XIX века

Первый в России закон о спичках появился 29 ноября 1848 года. В то время в деревнях и городах свирепствовали пожары.

Спички стали козлом отпущения. Николай I, «обратив особое внимание на чрезвычайное распространение употребления зажигательных спичек, усмотреть изволил, что при случившихся в текущем году пожарах, потребивших в одних городах более как на 12 000 000 рублей серебром обывательских имуществ, поджигатели весьма часто совершали свое преступление посредством спичек».

Закон предусматривал, «чтобы заведения для выделки зажигательных спичек допускаемы были в одних столицах… чтобы отпускаемые из фабрик для продажи спички были заделываемы по тысяче штук в жестяные коробочки с приклеенными к сим последним бандеролями, которые должны быть выдаваемы от городских дум, с взысканием за всякий бандероль по рублю серебром в пользу городских доходов».

Кроме того, была запрещена продажа спичек вразнос.

Совершенно ясно, что правительство заботилось не только о борьбе с пожарами, но и о доходах. Высокое обложение спичек акцизным, государственным налогом, привело к тому, что вскоре в России осталась всего одна спичечная фабрика.

Употребление спичек, однако, не только не уменьшилось, но намного возросло. В течение десяти лет в дело идут всякие эрзацы спичек, чаще всего «серянки» — лучинки, покрытые с одного конца серой, которые воспламенялись при помощи трута.

С такими нелегальными «серянками», которые изготовлялись и продавались тайком, число несчастных случаев стало больше, чем до принятия закона.

Правительство Александра II было вынуждено отменить закон 1848 года. Через двадцать один год было издано постановление о разрешении «повсеместно, как в империи, так и в царстве Польском, производить выделку фосфорных спичек и продажу их без особых ограничений…».

Как спичка зажигается и виды спичек

Физико-химический процесс зажигания спички

Что же происходит, если вы чиркнули спичкой о шероховатую поверхность коробка.

Прежде всего, воспламенился коробок В состав коричневой намазки коробка входит красный фосфор. Правда, воспламенить его не так-то легко.

Но под действием тепла, а оно возникает при трении, происходит аллотропное превращение: перестраивается кристаллическая решетка, и красный фосфор переходит в белый.

Белый фосфор менее устойчив и более активен, чем красный, -воспламеняется уже при 50 ℃.

Кстати, поверхность коробка не зря делают шероховатой. Головка спички, трется об отдельные выступы, энергия как бы концентрируется на них.

Достаточно небольшого усилия, чтобы вызвать локальный нагрев отдельных микроучастков, следовательно, и воспламенение фосфора.

Как спичка зажигается и виды спичек

Но если коробок загорелся, то что же мешает ему сгореть?

Помимо фосфора, в состав намазки коробка входят флегматизаторы — вещества, разъединяющие частички фосфора и поглощающие выделенное тепло. Не будь их, для каждой спички пришлось бы делать отдельный спичечный коробок.

Итак, частички белого фосфора вспыхнули на коробке и подожгли головку спички. И только теперь начинается собственно горение спички. В какие-то доли секунды в спичечной головке проносится настоящий ураган химических реакций.

При температуре около 200 ℃ сера, перешедшая при 115 ℃ в жидкое состояние, начинает взаимодействовать с бертолетовой солью:

При температурах 370 – 400 ℃ начинается такая реакция:

Бертолетова соль разлагается, выделяя кислород. Он немедленно вступает в реакцию с серой:

Сера пока находится в жидком состоянии, но при 441 ℃ она закипает и превращается в пар. Реакция вступает в последнюю фазу — газовую. В это же время идут другие реакции — разлагается калиевый хромпик, горят клеи.

С горящей головки спички огонь перебрасывается на осиновую соломку. Но попробуйте сунуть на секунду лучинку в огонь она не загорится! Соломка спички воспламеняется лишь потому, что под головкой находится тонкий слой парафина.

Как спичка зажигается и виды спичек

При вспышке начинает действовать миниатюрный «газовый завод»: парафин закипает, и газообразные углеводороды, входящие в его состав, вспыхивают. Они-то и поджигают древесину.

Наконец, загорается спичка. Начинается во многом еще таинственный, не изученный до конца процесс сухой перегонки древесины. Образуются десятки и сотни самых разнообразных химических соединений.

Они испаряются, претерпевают многочисленные превращения, участвуя в реакциях пиролиза, разлагаются в горячей зоне при недостатке кислорода, выделяя свободный углерод — сажу.

Раскаленные частицы сажи ярко светятся. Все эти мгновенные процессы завершаются во внешней зоне пламени, где при избытке кислорода все сгорает, образуя углекислый газ и воду, и где выделяется большое количество тепла. Появляется доброе, светлое пламя спички.

Но спичку надо еще погасить. Непогасшая, беспечно брошенная спичка может причинить немало бед. Спичка должна сразу погаснуть. Чтобы она не тлела, ее пропитывают фосфорнокислыми солями. При температуре горения они расплавляются и обволакивают уголек. Доступ воздуха к соломке прекращается, и спичка немедленно гаснет.

Виды спичек

Существуют спички, резко отличающиеся от обычных не только размером и цветом, но и химическим составом зажигательной массы и, следовательно, характером горения.

Такими спичками можно пользоваться в дождь и в ветер. У некоторых спичек столь высокая температура горения, что ими можно сваривать металл (например, телефонного кабеля).

Для геологов и строителей выпускают спички, не дающие открытого огня, — тлеющие. Их назначение только одно, чтобы поджигать запал взрывчатки. Вот как устроены некоторые специальные спички.

Охотничьи спички

У них обычная соломка и обычная головка, но кроме соломки и головки у этих спичек есть еще «тело» — дополнительная обмазка. Тело спички состоит из зажигательной массы, содержащей меньше бертолетовой соли и больше наполнителя.

Как спичка зажигается и виды спичек

Чтобы спичка не портилась от влаги, ее покрывают лаком. Как явствует из названия, эти спички предназначены для охотников, рыболовов, туристов и для тех, кому случается разжигать костер в любую погоду.

Выиграть традиционное туристское соревнование и быстро разжечь костер одной спичкой, пользуясь охотничьими спичками, проще простого. Их зажигательная масса горит 8 — 10 секунд и дает большое, жаркое пламя.

Штормовые или ветровые спички

Соломка этих спичек тоже обычна, а вот головки у них вообще нет. Зато тело у спички, значительно толще, чем у охотничьих. И состав его иной. Зажигательная масса ветровой спички содержит больше бертолетовой соли (поэтому им и не нужна головка).

Как спичка зажигается и виды спичек

Чуткость их очень высока, и горят они в самых сложных условиях, им не страшен даже шторм до 12 баллов. Поэтому ветровыми спичками пользуются, в основном, рыбаки и моряки. Горит спичка тоже около 10 секунд.

Спички цветного огня

Как известно, некоторые соли обладают способностью окрашивать пламя. Если в состав зажигательной массы ввести такие соли, то спички будут гореть цветным пламенем розовым, красным, синим, зеленым.

Как спичка зажигается и виды спичек

Но это ближе к пиротехнике, чем к спичечному производству. Выпускают такие спички крайне редко лишь по специальным заказам.

Шведская спичка

«Употребляли эти спички помещики, да и то не все», — говорит Дюковский, один из персонажей рассказа А. П. Чехова «Шведская спичка».

Этот рассказ был написан в 1883 году. С тех пор многое изменилось, и спички перестали быть роскошью. Однако далеко не все знают, что те спички, которые мы употребляем ежедневно, тоже «шведские». Безопасные, шведские, спички изобретены в 1848 году химиком Беттгером.

До семидесятых годов XIX века, эти спички ввозились в Россию шведскими фирмами. И лишь когда истек срок, предусмотренный лицензией, появились и отечественные безопасные спички.

Впрочем, русские фабриканты не сразу признали новые спички. Для их производства требовались большие капиталовложения.

А. Крылов О. Гладкий

Видео:Горение угля в кислородеСкачать

SOS сигнал и его история

Видео:Галилео. Эксперимент. Магний в кислородеСкачать

Видео: Легенды индейцев о золотой пещере Башни дьяволов

📸 Видео

Горение аммиака в кислородеСкачать

Горение железа в кислородеСкачать

Горение серы в кислородеСкачать

Кислород - Самый НУЖНЫЙ газ на ЗЕМЛЕ!Скачать

Свойства кислорода. 8 класс.Скачать

Поджигаем спичку марганцовкой и перекисью водорода #shortsСкачать