ПРО ЩО НЕ ПИШУТЬ В ПІДРУЧНИКАХ
Ч то може бути простіше і легше, ніж запалити свічку, лампу, розтопити піч? Варто тільки чиркнути сірником або повернути коліщатко запальнички, і ми вже видобули необхідний вогонь. Полум'я сірника або запальнички має вже достатню температуру, щоб прогріти до температури займання стеарин, всотали гнітом свічки, гас на Світильні лампи або розпалювання в печі, а далі горіння йде само собою, за рахунок тепла, що виділяється, поки не витратите горюча речовина або не припиниться доступ кисню. Процес запалювання для нас настільки простий і звичайний, що нам навіть в голову не приходить, що коли-небудь могло бути інакше, що добування вогню могло становити велику технічну складність, над вирішенням якої билися багато поколінь людей.
Першим чисто хімічним портативним запальним речовиною був так званий пірофорен. Карбонат калію K2 СО3. палені галун KАl (SO4) 2 або суміш обох речовин перемішують з дрібним порошком вугілля або сажею і розжарюють без доступу повітря в залізній трубці або нагрівають тривалий час в колбі. При цьому відбувається часткове відновлення калію:
Якщо охолоджену без доступу повітря суміш висипати на повітрі, то завдяки швидкому окисленню і дії вологи повітря на мелкораздробленного калій він запалюється і може запалити труть, вату, ганчірку і т.п.
Поміщений в герметично закриті коробочки пірофорен служив у свій час для добування вогню, але великого поширення не отримав.
Ми знаємо і ряд інших спроб застосувати для добування вогню хімічні реакції.
Сучасник А.Л.Лавуазье французький хімік К.Л.Бертолле, який відкрив хлорат калію KСlO3. званий зазвичай бертолетової сіллю, ще в 1806 р зауважив, що ця сіль дуже енергійно реагує із сірчаною кислотою. Спостереження було використано для запалювання французом Жаном Шанселем, приготувати перші сірники. Це були лучінкі, на кінці яких наносилася суміш бертолетової солі, сірки та інших горючих речовин (крохмаль, цукор, вугілля) з клеєм і висушувалася. Якщо таку сірник вмочити в міцну сірчану кислоту і зараз же вийняти, то маса починає тріщати, виділяючи характерний запах, і потім спалахує, після чого загоряється і сама сірник. При цьому спочатку відбувається реакція між сірчаною кислотою і бертолетової сіллю, що супроводжується виділенням нетривкого газу ClO2 і кисню:
Завдяки виділяється при цьому тепла починається реакція між KClO3. сірої та іншими горючими речовинами, які згорають за рахунок кисню бертолетової солі:
Ці сірники являли собою великий крок вперед. Незручність їх полягало тільки в сірчаної кислоти, яка капала зі сірники при необережному умочуванням і псувала речі. Крім того, зберігати її потрібно добре закритою, і незручно було носити з собою. Незважаючи на це, такі макальної сірники отримали на початку XIX ст. досить широке поширення.
Макальної сірники пробували вдосконалити так, щоб їх можна було носити в кишені. Сірник робили у вигляді паперової трубочки, в кінець якої містилася суміш з бертолетової сіллю і запаяна в тонкій скляній трубочці крапля сірчаної кислоти. При розламуванні або розбиванні скляної трубочки суміш запалала і запалювала папір. Але це удосконалення було занадто складним, сірники обходилися дорого і не могли отримати поширення.
Про днако ідея сірники була вже знайдена. Залишалося тільки домогтися її спрощення, над чим і почалася робота винахідників, яка після численних дослідів в різних напрямках призвела до старого принципу - добування вогню тертям. З'явилися в 1832 р плоскі сірники з сумішшю з бертолетової солі і сірки або з сульфідом сурми. Сірник вкладали в складений навпіл шматочок наждачного паперу, затискали між пальцями і потім швидко висмикували. Завдяки сильному тертю суміш на кінці сірника нагрівалася, і сірник спалахувала.
Ці сірники, однак, представляли певну небезпеку, тому що займання суміші бертолетової солі із сіркою відбувається з вибухом, маса часто відскакувала, вибухала між пальцями і завдавала опіки. Але сам по собі принцип був вірний. Потрібно було тільки придумати суміш, запалюють легше і палаючу спокійніше.
Така суміш, яка містить легкозаймистий білий фосфор, бертолетової сіль і клей (гуміарабік), була створена в 1827 р Вона замішують з невеликою кількістю води, розтиралася, наносилася на сірники і висушувалася. Завдяки Гуміарабіку виходила щільна маса, і укладений в ній фосфору не окислюється. До суміші додавалася для краси ще якась фарба. При легкому терті про будь-яку тверду поверхню сірник спалахувала.
Фосфорні сірники мали вже всіма необхідними зручностями. Їх можна було носити в кишені і легко запалювати без будь-яких пристосувань. З різними удосконаленнями їх почали виробляти у великій кількості, і вони використовувалися довгий час, поки не були витіснені ще більш досконалими сучасними сірниками.
Один з недоліків перших фосфорних сірників - містили небезпечну бертолетову сіль і спалахували з легким вибухом і занадто легко. Бертолетова сіль була спочатку замінена оскідом свинцю РbО2 - речовиною, також здатним віддавати свій кисень, але більш міцним, ніж бертолетова сіль, а потім до оксиду свинцю стали підмішувати і дешевші кислородсодержащие речовини - нітрат свинцю Рb (NО3) 2 і сурик Рb3 О4.
Ще дешевше виявилася суміш з фосфору, селітри KNО3 і оксиду марганцю МnО2. Останній, як відомо, зустрічається в природі у вигляді мінералу пиролюзита.
Подальше здешевлення і вдосконалення запальної суміші полягало в тому, що гуміарабік був замінений столярним клеєм, завдяки чому голівка сірника стала більш міцною і не так легко відскакувала. Крім того, така суміш швидше сохла і після висихання була менш гигроскопичной. Остання обставина дуже важливо, т. К. Відсирілі сірники погано спалахували.
Для того щоб горіння головки сірника легко і напевно передавалося дереву, кінець сірники покривали спочатку шаром сірки, а потім вже на неї наносили запальну суміш. Звідси пішла назва «сірчані сірники». У Росії вони були у вжитку ще в кінці XIX ст. мали характерний запах фосфору; риса, проведена фосфорної сірником на папері, світилася в темряві. Запалювати їх можна було тертям об будь-яку тверду поверхню. Через брак більш вдалого місця їх запалювали про підошву взуття.
У дорогих сортів сірників дерево просочували не сірою, а воском, парафіном, смолою. Сірник легко спалахувала і не мала неприємного запаху сірчистого газу.
Крім зазначених вище рецептів приготування запалювальної суміші випробували і ряд інших, але головним їх недоліком було те, що вони містили білий фосфор - дуже легко запалюється речовина. Сірники легко спалахували від випадкового тертя при перевезенні і нерідко бували причиною пожеж. Ще один їхній недолік полягав у крайній отруйності білого фосфору. Робота на сірникових фабриках становила серйозну небезпеку для здоров'я. Робочі, вдихали пари фосфору, страждали болем в кістках, особливо в щелепних, страждання закінчувалися омертвением кісток і смертю. Крім того, нерідко траплялися випадки отруєння споживачів від випадково потрапила в їжу сірники, від опіків під час займання в руках цілої коробочки сірників. Часто труїлися малі діти, які брали сірники в рот. У свій час сірникові головки були улюбленим отрутою самогубців. В результаті у багатьох державах виготовлення сірників, що містять білий фосфор, було заборонено законом.
Білий фосфор пробували замінити нешкідливим червоним, але суміш запалала набагато важче, і ці сірники не знайшли поширення.
В опитування було остаточно вирішено лише в 1855 р коли з'явилися так звані безпечні, або шведські, сірники. Вони відрізнялися тим, що їх можна було запалити тертям нема про будь-яку поверхню, а тільки про коробок, покритий з боків особливим складом. Таким чином, вони не могли самі займатися. Крім того, вони не містили білого фосфору і не були отруйними. Незважаючи на це, сірники не відразу увійшли до вживання, оскільки люди вже звикли до сірників, що містить білий фосфор і запалюють про будь-яку поверхню.
Головна складова частина головки сучасної сірники - бертолетова сіль, якою зазвичай береться близько 60%. Крім неї до складу входять горючі речовини: зазвичай сірка або який-небудь сульфід металу, найчастіше сульфід сурми Sb2 S3. Для уповільнення горіння і попередження вибуху додається порошок скла або кремнезему SiO2. умбра і т.п. а в якості сполучного матеріалу - клей. Бертолетова сіль іноді частково замінюється іншими речовинами, що містять кисень, наприклад дихроматом калію.
До складу суміші, що покриває боки коробки - «шкурки», входить червоний фосфор, до якого додається оксид марганцю або сірчаний колчедан, а також товчене скло і клей.
При терті сірника об коробку фосфор в місці зіткнення загоряється за рахунок кисню бертолетової солі (суміш цих речовин дуже небезпечну вибухову речовину, вибухають зі страшною силою від удару і тертя). Завдяки цій місцевої спалаху горіння передається голівці, і вона спалахує. Згорає сульфід сурми або сірка за рахунок кисню бертолетової солі. Горіння передається покриває кінець сірники шару сірки або, в хороших сортах, парафіну, а потім загоряється і дерево.
При запаленні частина червоного фосфору на коробці перетворюється, по-видимому, в білий, тому що сірник залишає на коробці слід, що світиться в темряві. Однак горіння фосфору далі не поширюється завдяки домішки сторонніх речовин.
Існує цілий ряд різних інших рецептів приготування складу для головок шведських сірників і складу, яким покриваються коробки, але незмінними складовими частинами їх є бертолетова сіль і червоний фосфор.
Однак шведська сірник, запалює тільки про коробку, не єдина безпечна. Крім такої сірники придумані і інші, що не містять отруйного білого фосфору, безпечні і в той же час запалюються про будь-яку поверхню. Це сірники, до складу головки яких замість фосфору входить з'єднання сірки з фосфором, що має склад P4 S3. Це жовта кристалічна речовина, що отримується з'єднанням сірки з червоним фосфором, неотруйне і з температурою займання близько 100 ° С. Змішане з бертолетової сіллю, оксидами заліза і цинку, товченим склом і клеєм, воно дає добре зіграти і безпечну запальну суміш, займисту при терті про будь-яку поверхню.
Поряд з удосконаленнями запальної суміші сірників йшло і вдосконалення способів виготовлення самої сірникової скіпи і коробок. Для перших, макальної, сірників лучину стругали ножем. Потім була придумана особлива струг, який значно прискорював роботу. У теперішній же час існує цілий ряд спеціальних машин. З шматка колоди (зазвичай застосовується осика) спочатку ріжеться дерев'яне полотно: дерев'яний циліндр обертається близько осі, і сталевий ніж зрізує з нього шар товщиною в сірник так, як ми це робимо, коли знімаємо шкіру з огірка або яблука. Потім інша машина розрізає отримане полотно на сірники і т.д.
Сірникова соломка вставляється машиною в отвір сталевих смуг, з'єднаних в нескінченне полотно. Воно рухається, огинаючи ряд коліс, за допомогою яких сірник пересувається від однієї стадії виробництва до іншої. Повний оборот стрічка робить за 45 хвилин. Готові сірники виштовхуються зі своїх гнізд залізної смугою з рядом голок. Сірники падають в жолоб, з якого потрапляють в коробки. Вивільнені отвори зараз же автоматично заповнюються соломкою, яка знову пересувається і поступово перетворюється в готові сірники і т.д.
Кожна машина дає кілька мільйонів сірників в день. Такі цифри нас не повинні дивувати, тому що витрата сірників величезний. Якщо припустити, що на одну людину витрачається в день п'ять сірників, і вважати, що на земній кулі близько 1 769 000 000 чоловік, можуть користуватися сірниками, то це становить 3 228 425 000 000 сірників на рік. Якщо всі ці сірники покласти одну за одною в лінію, то її довжина буде більше відстані від Землі до Сонця. Щоб виготовити це кількість сірників, потрібно зрубати не менше 12 млн осик, іншими словами, вирубати близько 450 тис. Га осикового лісу.