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第2章 火的常识

生活化学常识

“火”是大家最熟悉不过的,大约在公元前50万年人类就已经开始使用火。火可说是人类在化学史上的首个重大发现。火的使用大大推动了人类历史发展的进程。

人类由于使用了火,不仅有了防御野兽侵害的有力武器,而且从吃生食改变为吃熟食,缩短了消化过程,从而促进了人类机体的生理变化和发展。火的利用对于人类物质文明的发展也具有重要意义,陶器的制造以及金属的冶炼都是由于使用了火的结果。

在17世纪末和18世纪初,由于欧洲冶金工业的迅速发展,要求化学家们对金属的冶炼和煅烧等现象作出解释,也就是解决燃烧的本质问题。当时,德国化学家斯塔尔等人提出了一个燃素学说的理论,认为在一切可燃性物体中都含有燃素,不能燃烧的物质是因为缺乏燃素。这种错误的学说统治了化学界近100年,阻碍了人们对火的本质的探讨。直到1777年,拉瓦锡发现了氧,才把燃素学说彻底推翻,揭开了燃烧之谜。拉瓦锡向巴黎科学院递交了《燃烧概论》的科学报告,他指出:燃烧能够放出光和热,物质燃烧是可燃物跟空气里的氧气所发生的化学变化。

在当今社会里,燃烧广泛地应用于生产和生活中。人们利用燃烧放出的热量熔炼金属;在家庭生活中,烧水、做饭、取暖;利用柴油、汽油的燃烧,开动火车、汽车、飞机、拖拉机;利用火药急速燃烧而引起的爆炸,劈山开矿,挖掘隧道;在军事上,制造炸弹、炮弹、凝固汽油弹、火焰喷射器,打击来犯的敌人;而高能燃料液态氢的燃烧,能产生强大的推力,把巨大的宇宙火箭送入太空。

燃烧既能造福于人类,也能给人类带来灾害。燃烧引起的火灾给人类带来了巨大的灾难。1987年,我国大兴安岭的一场特大森林大火,燃烧了28天,火灾面积达101万公顷,使国家和人民的生命财产遭受了巨大损失。

在煤矿里,瓦斯或煤尘的急速燃烧,能造成严重的爆炸事故,生产面粉的车间,飞扬于空气中的细小面粉颗粒,在空气中达到一定含量时,遇明火也能急速燃烧而引起爆炸。

在工业集中、人口众多的大城市,煤、石油产品、天然气等燃料的燃烧,会产生一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物以及颗粒粉尘等空气污染物,危害人类健康。

在日常生活中,人们每天都要同“火”打交道,烧水、做饭,样样离不开它。然而,用火必须注意防火,忽视安全,思想麻痹或缺乏防火知识,就可能导致火灾,给人们带来痛苦和灾难。

任何一场火灾的发生,都要具备三个条件,即可燃物(如纸张、木材、棉花、油类等),助燃物(如空气)和着火源(如烟头、灰火等)。如果把这三个条件分别控制起来或隔离开,火灾就不可能发生;如果去掉其中的某一个条件,火灾也同样不会发生。

每一种可燃物都有自己的燃点和自燃点。例如木材的燃点一般在250℃~350℃,自燃点一般在350℃左右;棉花的燃点为150℃左右,自燃点约为400℃;汽油的燃点在58℃~100℃,自燃点在255℃~530℃之间,食用油的燃点在140℃~300℃之间,自燃点在350℃~570℃之间。如果温度达到了这些可燃物的燃点时,遇到明火就会着火,当然,燃点越低,越易着火;若温度达到了可燃物的自燃点,即使不遇明火也会起火。因此,预防火灾最重要的措施是对可燃物进行妥善保存,特别的是要避免与火种接触。

水有良好的灭火性能,是最常见、最经济、最方便的灭火剂。水有很大的热容量,1升水升高1℃,能吸收1000卡的热量。因此,把水浇在柴草、木材等一般燃烧物上,能使燃烧物的表面温度迅速降到燃点以下;同时,1升水受热汽化后能产生1700多升的水蒸气,水蒸气可以稀释燃烧区的可燃气体和助燃气体的浓度,并能阻止空气进入燃烧区,从而使火熄灭。

但是,并不是所有的火灾都能用水作灭火剂。例如,油类失火、电器失火等。由于油类的比重比水小,且与水互不相溶,水浇洒在燃烧的油上,会发生冷水遇高热的喷溅现象,油浮于水面,继续燃烧,并随水流溢,使燃烧面积扩大。水有一定的导电性能,用直流水柱扑救电器设备火灾,会电伤人。

一种简便、容易操作的灭火器叫泡沫灭火器,它是一个带有喷嘴、提手和顶盖的圆柱形红色钢瓶,钢瓶内盛有碳酸氢钠溶液发泡液和一瓶硫酸铝溶液,挂在墙上待用。一旦发生火灾,迅速从墙上取下,提至失火处,将灭火器倒转过来,喷嘴对准火源,马上便有大量泡沫喷出,进行灭火。因为,泡沫灭火器倒转过来以后,本来分开盛放的碳酸氢钠溶液和硫酸铝就可以混合在一起,发生下列化学反应:6NaHCO3+Al2(SO4)3=3Na2SO4+2Al(OH)3↓+6CO2↑泡沫灭火器内药液反应后能产生胶状氢氧化铝,它与所添加的发泡剂在反应产生的二氧化碳的作用下,能形成大量泡沫,这些泡沫被喷洒到可燃物上以后,在其表面形成一层较厚的泡沫覆盖层,把可燃物与空气隔绝开,因此泡沫灭火器灭火效果很好,特别对扑灭油类失火,更有独到之处。

值得注意的是,使用泡沫灭火器之前,必须留心检查喷嘴是否畅通,如果喷嘴堵塞,倒转后泡沫不能喷出,瓶内压强增大,钢瓶有发生爆炸的危险。

灭火器的种类很多,常用的还有干粉灭火器(其中的干粉灭火剂可用碳酸氢钠、磷酸铵或氯化物等)、二氯化碳灭火器(里面装的是固态二氧化碳)、四氧化碳灭火器(里面装的是四氯化碳液体)等。不同的灭火剂有不同的灭火性能,因此,在扑救不同性质的火灾时,必须选择相应的消防器材。

一谈到火,人们很自然地就会联想到火柴。小巧玲珑的火柴,一擦就着,它是人们取火最简便的方法。在火柴没有发明之前,人类只能用钻木或用坚硬的燧石(主要成分是二氧化硅SiO2)与钢质小刀猛烈相击的方法获取火种,不难想象,这该是多么不容易!

世界上第一根火柴是200年前在意大利诞生的,那可以说是一根巨型火柴,因为它是用一根1米多长的木棒制成的,在棒的一端粘上一个用氯酸钾、糖和阿拉伯树胶调和起来做成的一个大疙瘩,使用的时候,把这个大疙瘩浸到浓硫酸中,它就会发火燃烧起来。这是因为氯酸钾接触到浓硫酸以后,发生化学反应,产生了一种性质十分活泼的二氧化氯,二氧化氯跟糖反应,引起燃烧。这种火柴又大又重,携带很不方便,还要同时带着危险的硫酸,而且价格昂贵,所以未能推广。

到了19世纪初,瑞典人发现了摩擦火柴。摩擦火柴小巧灵便,很快在各国流行开来。这种火柴头上涂有硫磺,再覆以白磷、铅丹或二氧化锰及树胶的混合物。白磷的着火点仅有40℃,所以只要在墙上、桌面上或鞋底上一擦,就能着火。白磷点着以后,在强氧化三铅或二氧化锰的帮助下,使易燃的硫也燃烧起来,接着又引燃小木棒。

摩擦火柴虽然使用方便,但很不安全,因为一旦温度超过了40℃,白磷就会自己燃烧起来,而且白磷是一种剧毒物,误食0.1克就会中毒死亡。

1855年,瑞典人伦塔斯托鲁姆用红磷代替白磷,设计制造了世界上第一盒安全火柴。红磷无毒,其着火点比白磷高许多,为240℃,这就弥补了摩擦火柴的不足。他把引火剂分为两部分:氯酸钾和三硫化二锑沾在火柴头上,红磷、玻璃粉、胶液涂在火柴盒侧面。擦火柴时,红磷着火,引着火柴头上的易燃物。火柴杆是用木质松软的松木或白杨木做的,前端还用石蜡和松香充分浸透,使火柴杆易被引燃。这种火柴只有在火柴盒上摩擦时才会点着,既没有毒,又不易引起火灾,故称之“安全火柴”。这种火柴很快取代了摩擦火柴并行销全世界,一直到现在。

火柴诞生已经200多年了。在这200多年中,经过人们不断改进,制造了许多具有特殊性能的火柴,使火柴家族日益兴旺发达。如防风火柴、焊接火柴、多次火柴等等。

家里煮饭、取暖,工厂里烧锅炉,都少不了火。人离了火是不行的。但是,如果用火时不小心,就会造成火灾。因此,我们必须注意防火,在发生火灾时,要会使用灭火机,及时把火扑灭。

在生活中,我们每天都要同火打交道,但是,用火必须防火。忽视安全、思想大意或缺乏防火知识就可能导致火灾,会给人们带来痛苦和灾难。

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