2021年2月25日 星期四

【國二理化】火柴中的化學-磷

1669年,德國漢堡一位叫亨尼格·布兰德(Hennig Brand)的商人在用加熱蒸發人尿的過程中,意外地得到一種像白蠟一樣的物質,在黑暗的小屋裡閃閃發光。


這從未見過的白蠟模樣的東西,雖不是布蘭特夢寐以求的黃金,可那神奇的藍綠色的火光卻令他興奮得手舞足蹈。他發現這種火光不發熱,也不能引燃其它物質,是一種冷光。於是,他就以“冷光”的意思命名這種新發現的物質為“磷”。磷的拉丁文名稱Phosphorum就是“冷光”之意,它的化學符號是P,它的英文名稱是Phosphorus。

磷有白磷、紅磷、黑磷三種同素異形體。



白磷又叫黃磷,為白色至黃色的蠟性固體。白磷活性很高,必須儲存在水里。人吸入0.1克白磷就會中毒死亡。白磷在沒有空氣的條件下,加熱到260℃或在光照下就會轉變成紅磷,而紅磷在加熱到416℃變成蒸汽之後冷凝就會變成白磷。紅磷無毒,加熱到240℃以上才著火。在高壓下,白磷可轉變為黑磷,它具有層狀網絡結構,能導電,是磷的同素異形體中最穩定的。



火柴是如何發明的呢?

根據歷史記載,世界上第一根火柴是法國化學家錢斯爾發明的硫酸火柴。那根火柴又粗又長,棒的一端塗有氯酸鉀、蔗糖等一些物質混合而成,使用時將它與濃硫酸接觸即可燃燒。儘管這種方法比當時用石塊撞擊生火要方便得多,可是這種火柴的價格太貴,而且濃硫酸有很強的腐蝕性,很容易出事故,因此沒有得到普及。

其實,火柴的燃燒原理在11世紀初就出現了。北宋初年,民間用沾著硫黃的棒條摩擦引火,人們稱它為“發燭”。由於當時的條件有限,它也不是人類理想的引火工具。

火柴的真正問世,當屬磷頭火柴的使用。

1669年,德國一位科學家從事冶煉各種金屬,企圖從中煉出黃金。一天,他把白砂和小便放在曲頸瓶中加熱,當火燒得很旺時,突然從瓶裡冒出一股白煙,凝結成一團白蠟樣的東西。這團東西在黑暗中會閃閃發光,遇到空氣就會自燃起來。布朗特把這種“怪物”取名為磷,意思是發光體。他將磷的秘密高價賣給了一個富商。

1677年,富商將這種物質交給當時著名的科學家波義耳,讓其投入進行研究。波義耳經過研究,掌握了製磷的技術,並開始了製造火柴的試驗。

1680年,最原始的火柴出現,在木質細棒的一端塗上硫黃,在粗紙上塗有磷,取火時將細棒在紙上摩擦,就會點燃細棒。但是當時因為製磷的成本很高未能推廣使用。

1775年,瑞典化學家舍勒用硫酸與煅燒過的骨骼一起加熱的方法成功地提取了磷,十年後,歐洲市場上出現了“磷頭小燭”。一根塗有蠟質的燈芯,一端附上一小塊白磷,密封在一隻小玻璃管裡。使用時只需打開玻璃管,白磷就會使“小燭”燃燒起來。

19世紀初,英國化學家約翰•華克在給自己的獵槍上放火藥時,無意中製成了世界上最早的摩擦火柴。

因為這種白磷有劇毒,使用不安全,不久就遭到各國禁用。

後來法國人改進了配方,用一種稱為三硫化四磷的物體代替白磷做發火劑,這就是現代火柴的雛形。

然而這種火柴在粗糙的固體表面摩擦能起火,甚至放在衣袋裡稍一摩擦也會自燃,自然也不夠安全。

1845年,德國人施羅德將白磷隔絕空氣加熱到250℃製成了紅磷。從此,人們開始用紅磷制火柴。

1880年,瑞典人在上海開了一家瑞典瑞商洋行,生產和經營火柴。全套機器設備都是瑞典的,甚至連火柴盆上的商標也是國​​外印刷的,他們利用產品價格低廉的特點,在我國市場上獲取了大量利潤。