火柴的发明科普知识

时间:2022-10-14 12:03:26 科普知识 我要投稿
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火柴的发明科普知识

  火柴是根据物体摩擦生热的原理,利用强氧化剂和还原剂的化学活性,制造出的一种能摩擦发火的取火工具。下面是小编为大家整理的火柴的发明科普知识,仅供参考,欢迎阅读。

火柴的发明科普知识

  学会取火是人类文明的重大进步。过去人们的取火方法大体有四种:磨擦法、打击法、压榨法和光学发火法。这当中,最早出现的是磨擦发火和打击发火法。中国古代传说中有燧人氏教人钻木取火的故事,所谓钻木取火,就是用一根木棒立在另一块木块上用力旋转,使它磨擦生热而发火的做法。

  在太古时代,主要是用燧石互相打击而取火。到有了钢铁之后,人们便改用铁块和打火石碰撞的取火法了。

  比较科学的取火方法是18世纪末在罗马出现的。那时有人用一根一米多长的大木棒,在其顶端涂上浓氯酸钾、糖和树胶的混合物,当人们要使用火时,就把大棒的顶端伸进一个盛有硫酸溶液的器皿里,使二者相遇发生化学反应而燃烧。这便是火柴的雏形。

  1827年,英国化学家约翰·沃克发明了与现代火柴相近似的引火棍。而这个发明也是很偶然的。有一天,沃克正在集中精力试制一种枪上用的发火药。方法是把金属锑和钾碱混合在一起,然后用一根棍搅拌。这样,棍的一端便粘上了金属锑和钾碱的混合物。后来,他想把粘在木棍上的混合物在地上磨掉,以便再利用这根棍来搅拌新配的混合物。然而,正当他把木棍在地上使劲磨擦时,突然“扑”的一声冒出了火苗,木棍燃烧起来了。

  这个发现使沃克非常高兴。他想:如果能利用自己发现的办法制造引火物,那对人们取火将是多么方便啊!于是,他开始参照自己发现的办法研制火柴了。1827年4月7日,约翰·沃克制作的第一盒火柴出售了。他的火柴84根为一盒,售价一先令。火柴盒的一端贴有一小片砂纸,把火柴头夹在砂纸中间,向外一拉,火柴便点燃了。从此,火柴便在全世界得到了普及。

  1830年又出现了黄磷火柴,这种火柴一经磨擦即可引燃,但容易出危险,而且它的烟有毒。1835年,又有人发明了安全无害的赤磷火柴。到1848年,德国人又发明了今天通用的安全火柴。火柴的发明,为人类用火提供了极大的方便。

  发展历程

  《资治通鉴》中记载:“陈宣帝太建九年,齐后妃贫苦,至以卖烛为业。”元末明初学者陶宗仪的《辍耕录》中的《发烛》条说:“杭人削松木为小片,其薄如纸,熔硫磺涂木片顶端分许,名曰发烛,又曰粹儿,盖以发火及代灯烛用也。史载周建德六年,齐后妃贫者以发烛为生,岂即杭人之所制矣。”文中的发烛就是原始的火柴。

  北宋人陶谷的《清异录》说:“夜有急,苦于作灯之缓。有智者,批杉条染硫磺,置之待用,一与火遇,得焰穗然。既神之,呼引光奴。今遂有货者,易名火寸。”这是说当时民间百姓非常流行用一种涂上硫磺的杉木条引火,这也说明了原始的火柴,应该是在《清异录》成书年代之前就已经发明,也就是公元950年前。据一则重要史料记载:“汉淮南王招致方术之士,延八公等撰《鸿宝万毕方》,法烛是其一也,余非民所急,故不行于世,然则法烛之起,自刘安始也。”这里的法烛就是后来说的发烛,都是火柴的前身。按照高承的记述,我们可得知,原始的火柴是在公元2世纪,由早期的炼丹家所发明的。我们也知道硫磺是炼丹家的主要药物,所以说他们发明原始火柴更加合理。

  但根据记载当前认为最早的火柴是在公元577年发明的,当时是南北朝时期,战事四起,北齐腹背受敌,物资短缺,尤其是缺少火种,做饭都成问题。当时后妃和一班宫女将硫磺沾在小木棒上,借助于火种或火刀火石,能很方便地把“阴火”引发为“阳火”。这可视为当前记载中原始的火柴。到了南宋时期,杭州的大小街道上,已经到处都有出售火柴的小贩。陶宗仪《辍耕录》载:“杭人削松木为小片,其薄如纸,鎔磺涂木片顶分许,名曰发烛,又曰焠儿。盖以发火及代烛也”。950年前后,陶谷在《清异录》一书中提到,夜里有急事而又要花不少时间做灯。有一位聪明人用松木条浸染硫磺,贮存起来备用。与火一接触,就会燃烧起来。可得小火焰如同谷穗。这种神奇之物,当时称为引光奴。后来,它成为商品时,便更名为火寸条。可说这已经是早期的火柴了,但当时朝廷没有注意和重视。

  在欧洲,火柴出现于古罗马时期。当时一些小贩,将木柴浸泡在硫磺中出售。这种被浸泡在硫磺中的木柴本身并不起火,而是可以用来引火。人们用铁块撞击火石,让溅出的火星落在这些木柴上,就能获得火种。到了中世纪时期,欧洲人又用芦苇取代了木柴,成为引火的材料。欧洲最早的火柴也是用硫磺制成的,许多研究者认为,这项发明很可能是由欧洲旅游者直接从中国带回的。马可波罗时期,中国早期的火柴技术传入欧洲,后来欧洲人就在这个基础上不断改进一度被中国人称为“洋火”的火柴。

  1669年,德国人H.布兰德提炼出了黄磷。人们利用黄磷极易氧化发火这一特性,在小木棒一端沾上硫磺,然后再沾黄磷而发光。

  1805年,法国人钱斯尔将氯酸钾和糖用树胶粘在小木棒上,浸沾硫酸而发火。

  1816年,法国巴黎的F.德鲁森制成了黄磷火柴,1828年,英国伦敦的S. 琼斯制成了普鲁米辛火柴,接著巴黎人G. E. 梅凯尔和奥地利人J.西格尔等人发明了无磷火柴。为了增加火柴的稳定性和易燃性,法国人C.索利亚利用白磷和黄磷作为配方,于1831年革新了火柴配方的设计。

  “洋火”借着摩擦生火,而发明这种火柴的人是英国的沃克,他在1826年利用树胶和水制成了膏状的硫化锑和氯化钾,涂在火柴梗上并夹在砂纸上拉动便产生火。他把氯酸钾和三硫化锑用树胶粘在小木棒端部作药头,装在盒内,盒侧面粘有砂纸。手持小木棒将药头在砂纸上用力擦划,能发火燃烧。这是最早具有实用价值的火柴。

  剧烈燃烧的瞬间

  1830年,法国的索利亚和德国的坎默洛对火柴进行了革新,用黄磷、硫磺和氯酸钾混合原料制成现代的火柴。1831年,法国人C.索里亚以黄磷代替三硫化锑掺入药头中,制成黄磷火柴。这种火柴使用方便,但发火太灵敏,容易引起火灾,而且在制造和使用过程中,因黄磷有剧毒,严重危害人们的健康。

  1845年,奥地利化学家A.施勒特尔研制出赤磷(也称红磷),它是黄磷的同素异形体,采用赤磷作为火柴头,性能比较稳定,且无毒。1855年,瑞典人J.E.伦德斯特伦创制出一种新型火柴,它是将氯酸钾和硫磺等混合物粘在火柴梗上,而将赤磷药料涂在火柴盒侧面。使用时,将火柴药头在磷层上轻轻擦划,即能发火。由于把强氧化剂和强还原剂分开,大大增强了生产和使用中的安全性,称之为安全火柴,应用广泛。

  1898年,法国人H.塞弗纳和E.D.卡昂以三硫化四磷取代黄磷制成火柴,称为硫化磷火柴。这种火柴与黄磷火柴一样随处可以擦燃而没有黄磷的毒性,但仍不如安全火柴安全。19世纪末,发现利用白磷做火柴的工厂工人,易罹患一种磷毒性颌疽症的疾病,1898年,法国政府火柴专卖公司提出了三硫化二磷用于火柴制作的专利后,白磷火柴被视为一种违法的产品。

  二十世纪初,现代火柴传入中国,被称为洋火、番火等。例如台湾话仍称「番仔火」。

  制造方法

  通常制法:一方面采用易燃的木材做成小棒(称火柴梗),在其一端蘸以蜡油和含氯酸钾的药料(称火柴头),制成火柴;另一方面在包装盒上涂以含赤磷,白磷的磷面。使用时,将火柴在磷面上擦划,即能引燃,极为方便。

  分类:火柴可分为日用安全火柴、普通火柴、高档火柴和各种各样的特种火柴。

  制造工艺的一般过程主要有:锯木、剥树皮、旋片、切梗、烘干;筛选、理梗、排梗、沾油、药浆调制、沾药、烘干、卸梗、旋盒片、切盒片、糊盒、烘干;套盒(纸盒为:印刷、压痕、分切、糊盒、套盒)、装盒、磷浆调制、刷磷、包封、装箱。

  火柴设备品种、型号繁多,大体分六大类:

  (1)原木分解设备;

  (2)梗枝制造设备;

  (3)梗枝处理设备;

  (4)火柴(头梗)制造设备;

  (5)盒子制造设备;

  (6)火柴包装设备。

  发火原理

  火柴有摩擦火柴(又称硫化磷火柴)与安全火柴之分,其发火原理不尽相同。

  摩擦火柴药头的主要成分是氯酸钾和三硫化四磷,稍在粗糙表面摩擦、产生的热足以使这两种物质起化学反应而发火。

  安全火柴药头中以硫磺取代三硫化四磷。一般的摩擦热不足以使药头起反应,只有在火柴盒侧面的磷层上擦划时,摩擦热先使硫与氯酸钾发生反应,放出较多的热能,促使药头中的化学物质产生反应而发火。它的反应过程如下:2KClO3+ 3S──→2KCl + 3SO2+ 1137kJ

  上述化学反应过于剧烈,发火太猛,不利于使用。为了控制发火速度,药头中还需加入一些石英粉等填充剂,使药头发火缓和、稳定;此外,还加入重铬酸钾和颜料等,以改善抗潮性能和外观。若以淀粉、虫胶等代替硫磺并加入一些香料,便制成无硫芳香火柴,燃烧时不产生刺激性气体SO2,且能散发香味,使人感到舒适。

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