Спичка — это маленький предмет, который мы используем, чтобы создать огонь. Возможно, каждый из нас в детстве хоть раз экспериментировал со спичками и наблюдал, как они горят. Однако, каким образом спичка воспламеняется и почему она горит? В этой статье мы рассмотрим причины, механизмы и химический процесс горения спички.
Основной причиной горения спички является смесь химических веществ, присутствующих на ее конце. Обычно конец спички покрыт долотом, содержащим сульфид фосфора и оксид свинца. Когда мы третьям спичку об специальную поверхность (воск, стеклофат, спичечную коробку), трение между спичкой и этой поверхностью приводит к тому, что долото становится нагретым.
Когда спичка нагревается, сульфид фосфора и оксид свинца начинают химическую реакцию, производящую фосфорный восстановительный огонь. Это огонь может быть невидимым, но он содержит достаточно энергии для того, чтобы воспламенить другие вещества. Он разжигает специальную смесь окислителя и топлива, представляющую собой фосфор, гумус и окислитель.
Причины горения спички
| Покрытие спички | Причина горения |
|---|---|
| Серный порошок | Серный порошок – это вещество, которое горит при небольшой температуре. Когда спичка трется об специальную поверхность на коробке, трение создает достаточно тепла, чтобы инициировать горение серного порошка. |
| Фосфор | Фосфор – это химическое вещество, которое может самовозгораться при контакте с воздухом. Покрытие на спичке содержит фосфор в виде смеси с другими веществами, которая запускает процесс самовозгорания, когда спичка трется об поверхность. |
Обратите внимание, что спички требуют присутствия кислорода из воздуха, чтобы гореть. Для этого спичка должна находиться в окружении воздуха или быть достаточно близко к источнику кислорода. Именно поэтому, если спичку приложить к чему-то герметичному или держать далеко от воздуха, она не будет гореть.
В процессе горения спички происходят химические реакции, при которых происходит окисление веществ, содержащихся в спичке. Эти реакции выделяют тепло и свет, что создает пламя. Отметим, что сам процесс горения спички является очень быстрым, и обычно спичка полностью сгорает за считанные секунды.
Физическая трение и нагревание
При трении спичка нагревается в результате сил трения, возникающих между движущимися поверхностями. Энергия трения превращается в тепловую энергию, которая вызывает нагревание материала спички.
Затем, при достаточно высокой температуре (обычно 150-200°C), происходит пиролиз — процесс термического разложения химических соединений вещества спички. В результате пиролиза образуются горючие газы, в том числе горючие пары фосфора или азида аммония, которые и способны гореть и держать пламя спички.
Таким образом, физическая трение и последующее нагревание играют ключевую роль в процессе горения спички, обеспечивая начальную активацию горючего материала и инициируя химический процесс горения.
Активация окислительной реакции
Когда трение спички о реактивную поверхность откусывания, головка спички содержит окислитель аммиак хлорат (NH4ClO4). В процессе трения, тепло и энергия активируют этот окислитель, приводя к его разложению.
Разложение окислителя приводит к выделению кислорода, который продолжает заканчивать реакцию горения. Кислород, полученный из окислителя, в то же время поджигает головку спички, в основном состоящую из серы или фосфора, что приводит к горению тела спички.
Таким образом, активация окислительной реакции является ключевым этапом горения спички, и без нее горение было бы невозможно.
Испарение и воспламенение фосфора
В результате испарения фосфор переходит из твердого состояния в газообразное состояние, образуя пары фосфора. Эти пары фосфора затем реагируют с кислородом из воздуха, образуя оксиды фосфора.
Оксиды фосфора очень реактивны и выделяют огонь, когда встречаются с кислородом из воздуха. Они выбрасывают пламя, которое затем передается на специально обработанный конец спички, содержащий заранее приготовленную массу — фосфорно-серный порошок.
Фосфор — весьма опасное вещество, и его использование в спичках имеет некоторые ограничения. По этой причине, процесс производства спичек с использованием фосфора проходит под строгими регуляциями и мерами безопасности.
Роль горючего материала
При зажигании спички, фосфорид в составе головки спички взаимодействует с радуктивной смесью, содержащейся на подложке спички. Это вызывает воспламенение фосфорида и образование пламени на конце спички.
Пламя спички распространяется на горючий материал, который начинает гореть и выделять большое количество тепла и газов. Тепло, выделяющееся в результате горения горючего материала, поддерживает процесс горения и делает его самоподдерживающимся.
Процесс горения горючего материала включает в себя химические реакции, в результате которых образуются оксиды и выделяется энергия. Когда горючий материал полностью сгорает, образуется дым, который является видимым следом горения.
Выбор горючего материала может влиять на скорость горения спички и характер выделяемых продуктов горения. Некоторые материалы могут обеспечить более длительное и стабильное горение, в то время как другие могут быть менее стабильными и быстро выгореть.
| Примеры горючих материалов: | Скорость горения | Выделяемые продукты горения |
|---|---|---|
| Древесина | Умеренная | Углекислый газ, вода, дым |
| Бумага | Быстрая | Углекислый газ, вода, дым |
| Керосин | Быстрая | Углекислый газ, вода, дым |
Горение горючего материала может быть опасным процессом, и необходимо соблюдать меры предосторожности при обращении с огнем. Никогда не оставляйте горящую спичку без присмотра, и всегда используйте ее в безопасной окружающей среде.
Реакция окисления и выделение тепла
Когда головка спички трется об штриховую поверхность на коробке, происходит трение серы и штриховой поверхности спички. В результате трения образуется достаточно большое количество тепла, которое активирует реакцию окисления. Температура повышается, и спичка начинает гореть.
Реакция окисления серы происходит в присутствии кислорода из воздуха. При этом сера окисляется до сернистого газа (SO2). Образующийся газ нагревает воздух, что приводит к выделению тепла. Высокая температура способствует дальнейшему горению других веществ спички, таких как фосфор. Фосфор окисляется до фосфорной пентоксиде (P2O5), что также сопровождается выделением тепла.
Таким образом, горевшая спичка выделяет тепло, которое может быть использовано для различных целей, например, для зажигания костра или свечи. Это объясняет, почему спички называются источниками огня.