Головки спички прошла интересные этапы своего развития. А началось все с того, когда высекание искр при ударе камня о кусок FeS 2 и поджигание ими обуглившихся кусков дерева или растительных волокон, было практически единым способом получения огня человеком.
Первые спички, основанные на химических реакциях, начали делать в конце 18 в. Вначале это были древесные лучинки, на кончике которых в виде головки закреплялись хлорат калия (бертолетова соль КСlO 3) и . Головка спички погружалась в серную кислоту, происходила вспышка и лучинка загоралась.
Важнейшим этапом развития химии на пути к современным спичкам было введение в состав массы спичечной головки (1833). Такие спички легко зажигались от трения о шероховатую поверхность. Однако при горении они создавали неприятный запах и главное, их производство было весьма вредно для рабочих. Пары белого фосфора приводили к тяжелейшему заболеванию – фосфорному некрозу костей.
В 1847 г. было установлено, что белый фосфор при нагревании в закрытом сосуде без доступа воздуха превращается в другую модификацию – . Он гораздо менее летуч и практически не ядовит. Вскоре белый фосфор в головках спичек был заменен на красный. Такие спички зажигались лишь при трении о специальную поверхность из красного фосфора, клея и других веществ.
Существует несколько разновидностей современных спичек. По назначению различают спички, зажигающиеся в обычных условиях, влагоупорные (рассчитанные на зажигание после хранения во влажных условиях), ветровые (зажигающиеся на ветру) и др.
При сгорании спички необходимо в целях безопасности получить нетлеющий уголек от соломки и удержать на нем раскаленный шлак от сгоревшей головки. Для устранения тления соломки и закрепления шлака от головки соломку пропитывают веществами, образующими на ее поверхности при горении пленку. Благодаря этой пленке прекращается сгорание угля. Она же закрепляет шлак от головки спички. В качестве противотлеющих веществ используют фосфорную кислоту и ее соль (NH 4) 2 НРO 4 .
Для обеспечения эффективного перехода пламени от головки к соломке последняя около головки пропитывается расплавленным парафином. Парафин легко воспламеняется при горении головки и дает яркое пламя, что важно в случае использования спички как источника света. Кроме того, он безопасен при хранении спичек, не выделяет при горении копоти, дыма или вредных газов.
За период более чем 150 лет химия головки спички насчитывает большое количество рецептур зажигательных масс. Они являются сложными многокомпонентными системами. В них входят: окислители (КСlO 3 , К 2 Сr 2 O 7 , МnO 2), дающие кислород, необходимый для горения; горючие вещества (сера, животные и растительные клеи, сульфид фосфора P 4 S 3); наполнители – вещества, предотвращающие взрывной характер горения головки (измельченное стекло, Fe 2 O 3); склеивающие вещества (клеи), которые одновременно являются и горючими; стабилизаторы кислотности (ZnO, СаСО 3 и др.); вещества, окрашивающие спичечную массу в определенный цвет (органические и неорганические красители).
Температура спичечных головок достигает 1500 0 С, а температура их воспламенения лежит в пределах 180–200 0 С.
Фосфорная (терочная) масса также является многокомпонентной. Она наносится на узкие боковые наружные стороны спичечной коробки. В состав наиболее распространенной терочной массы входят: красный фосфор, сульфид сурьмы (3) Sb 2 S 3 , железный сурик Fe 2 O 3 , пиролюзит MnO 2 , мел СаСО 3 , клей.
Следует отметить, что реакция, протекающая при сгорании головки спички, – это один из наиболее бурных и опасных химических процессов. Поэтому обращение со спичками требует к себе уважительного отношения.
Спичка
Спи́чка - палочка (черенок, соломка) из горючего материала, снабжённая на конце зажигательной головкой, служащая для получения открытого огня.
Этимология и история слова
Слово «спичка» является производным от старорусского слова «спички» - множественной несчётной формы слова «спица» (заострённая деревянная палочка, заноза ). Первоначально это слово обозначало деревянные гвозди, которые использовались при изготовлении обуви (для крепления подошвы к головке). В таком значении слово и посейчас используется в ряде регионов России. Первоначально для обозначения спичек в современном понимании использовалось словосочетание «зажигательные (или самогарные) спички» и только с повсеместным распространением спичек первое слово стало опускаться, а потом и вовсе исчезло из обихода.
Основные виды современных спичек
По материалу спичечной палочки спички можно подразделить на деревянные (изготовленные из мягких пород дерева - осины, липы, тополя, американской белой сосны и т. п.), картонные и восковые (парафиновые - изготовленные из хлопчатобумажного жгута, пропитанного парафином).
По методу зажигания - на тёрочные (зажигающиеся при трении о специальную поверхность - тёрку) и бестёрочные (зажигающиеся при трении о любую поверхность).
В России наиболее распространёнными являются осиновые тёрочные спички, составляющие более 99 % выпускаемых спичек.
Тёрочные спички различного типа являются основным массовым видом спичек во всём мире.
Бестёрочные (сесквисульфидные) спички выпускаются, в основном, в Англии и США в ограниченном количестве.
Температура горения
В спичке температура пламени 750-850 °C, при этом 300 °C - температура воспламенения дерева, а температура горения дерева равняется примерно 800 - 1000 °C.
Производство спичек в России
Выпуск фосфорных спичек начался в России примерно в 1833-37 гг., но ни упаковки, ни этикетки первых фабрик не сохранились, да и точных документальных данных по их месторасположению пока не обнаружено. Первый всплеск развития производства спичек приходится на 1840-е гг. К 1848 г. в России работало уже более 30 спичечных мануфактур. В ноябре 1848 года вышел закон, разрешающий производство спичек только в Москве и Санкт-Петербурге и ограничивающий розничную продажу спичек. В результате, в 1849 г. в России осталась только одна спичечная фабрика. В 1859 г. было разрешено «повсеместно, как в Империи, так и в Царстве Польском производить выделку фосфорных спичек». К 1913 г. в России действовало 251 зарегистрированное производство спичек.
В России достаточно рано обратили внимание на чрезвычайную опасность белого фосфора - уже в 1862 г. появились ограничения на оборот белого фосфора, а в 1882 г. на спички из белого фосфора был установлен акциз вдвое больший, чем на «шведские» спички. К началу XX века производство спичек с использованием белого фосфора в России постепенно сошло на нет.
С 1863 г. в России началась постепенная механизация спичечного производства и к 1914 г. большинство спичечных фабрик было оснащено по крайней мере несколькими механическими станками, работавшими, в основном, от паровых машин.
С 1914 по 1926 гг. (вследствие Первой мировой войны, революции, распада империи, гражданской войны и послереволюционной разрухи) производство спичек в России неуклонно снижалось. К 1931 г. в СССР работала только 31 спичечная фабрика.
К 1922 г. всё спичечное производство в СССР было национализировано. С этого времени начинается очередное возрождение спичечного производства. На первом этапе простаивающее оборудование с закрывшихся фабрик сосредотачивается на работающих. Несколько мелких фабрик, располагавшихся поблизости друг от друга, были объединены. Но и к середине 30-х годов производство спичек все ещё не обеспечивало потребности страны. К 1940 г. на многих фабриках была проведена реконструкция, были установлены первые спичечные автоматы, и производство спичек значительно увеличилось. Страна стала экспортировать спички в коммерческих масштабах.
В 1941-43 гг. более половины предприятий по производству спичек (дававших более 2/3 производства) были разрушены в ходе войны и оккупации. В 1948 г. производство спичек было на уровне начала 1930-х гг.
В течение 1944-60 гг. несколько разрушенных предприятий было восстановлено, большинство предприятий было переоснащено новым оборудованием и к середине 1960-х спичечный кризис в стране был, в основном, ликвидирован.
Современые Российские спички
К 1980 г. спичечные фабрики прошли ряд модернизаций и реконструкций, и страна вновь стала в массовом количестве экспортировать спички.
Переход от плановой социалистической экономики к рыночной застал руководство большинства предприятий врасплох. Непонимание руководителями предприятий условий работы в рыночной экономике, полное отсутствие в стране грамотных экономистов и маркетологов привело сначала к кризису перепроизводства (из-за того, что предприятия оказались отрезанными от экспортных рынков, резкого наплыва дешёвых импортных зажигалок и полного безразличия к этим фактам государства), а затем - к массовому банкротству фабрик. Не разориться удалось лишь немногим. Однако и сейчас будущее некоторых спичечных фабрик находится под вопросом.
С другой стороны, в стране появился новый рынок спичек - спичек для маркетинга и презентаций. Старые спичечные фабрики не смогли вовремя обосноваться на этом рынке, и сейчас он активно осваивается, в основном, небольшими фирмами. Одна из таких фирм выпустила даже несколько спичек длиной в 1 метр.
Стоимость коробка спичек в СССР была минимально возможной и составляла 1 коп. за коробок (это около 60 спичек). Впрочем, это никак не отражало их себестоимость. Спички часто являлись дефицитом. Сейчас (2011) г. коробок, практически не изменившийся с тех времён, стоит порядка 1 руб. В позапрошлом веке спички стоили дорого и были доступны далеко не всем.
Упаковка
Изготовление
Спички изготавливаются в соответствии с ГОСТ 1820-2001 «Спички. Технические условия».
Спичечная соломка во избежание её тления пропитывается 1,5%-ным раствором Н 3 РО 4 , а затем парафинируется (окунанием в расплавленный парафин).
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Специальные спички
Помимо обычных (бытовых) спичек изготовляются также специальные:
- Штормовые (охотничьи) - горящие на ветру, в сырости и под дождём.
- Термические - развивающие при горении более высокую температуру и дающие при сгорании головки большее количество тепла.
- Сигнальные - дающие при горении цветное пламя.
- Фотографические - дающие мгновенную яркую вспышку, используемую при фотографировании.
- Каминные - очень длинные спички, чтобы зажигать камины.
- Газовые - чуть более короткие, чем каминные, чтобы зажигать газовые горелки.
- Декоративные (подарочные, коллекционные ) - ограниченные выпуски коробков с различными рисунками (подобно почтовым маркам), сами спички часто имели цветную головку (розовую, зелёную). Выпускались также отдельно наборы этикеток размером с коробок.
- Хозяйственные - имели, как теперь говорят, «экономичную упаковку».
Музеи спичек
Музеи спичек существуют в Швеции, Швейцарии и Германии. Небольшой музей спичек есть и в России - в Рыбинске.
Применение
Помимо основного назначения, спички иногда используются:
- Вместо счётных палочек для обучения детей. При этом головки спичек срезаются или смываются водой, чтобы не спровоцировать пожар.
- Как условная денежная единица при различных карточных и других играх.
- Для изготовления спичечных домиков.
- Для жеребьёвки.
- Для различных логических игр, а также игр на аккуратность.
- Спички, заточенные ножом или правильно обломанные, можно использовать в качестве зубочисток.
- Спичка, на которую намотана вата, заменяет ватную палочку.
- Спички часто используются как реквизит для фокусов.
- Спичечные коробки используются для хранения мелких предметов. Например, радиолюбители хранят в них мелкие радиодетали. Иногда несколько коробков склеиваются так, чтобы получилось хранилище с несколькими отделениями в виде миниатюрного комода.
- Коллекционирование спичек, спичечных коробков, этикеток и т. п. - филумения.
- В играх с детьми.
- Как закладка при чтении книги.
- В пиротехнике.
- Коробок может быть использован как ёмкость для удержания мелких животных (например, насекомых)
- Для удлинения стержней для ручки.
- Интересный факт: спичка часто применяется как объект для сравнения размера при фотографировании небольших предметов, таких как современные радиодетали. При этом предполагается то, что спичку все видели, и используется то, что её всегда нетрудно найти для выполнения фото.
Материал из Википедии - свободной энциклопедии
Спи́чка — палочка (черенок, соломка) из горючего материала, снабжённая на конце зажигательной головкой, служащая для получения открытого огня.
Основные виды современных спичек
По материалу спичечной палочки спички можно подразделить на деревянные (изготовленные из мягких пород дерева — осины, липы, тополя, американской белой сосны и т. п.), картонные и восковые (парафиновые — изготовленные из хлопчатобумажного жгута, пропитанного парафином).
По методу зажигания — на тёрочные (зажигающиеся при трении о специальную поверхность — тёрку) и бестёрочные (зажигающиеся при трении о любую поверхность).
В России наиболее распространёнными являются осиновые тёрочные спички, составляющие более 99 % выпускаемых спичек.
Тёрочные спички различного типа являются основным массовым видом спичек во всём мире.
Бестёрочные (сесквисульфидные) спички выпускаются в основном в Англии и США, в ограниченном количестве.
История спички
Некое подобие спичек было изобретено в средневековом Китае. Это были тонкие щепочки с кончиками, пропитанными обыкновенной чистой серой. Зажигались они не путём чиркания, а путём соприкосновения с тлеющим трутом, и служили для облегчения процесса разжигания огня с помощью трута и огнива. Эти "прото-спички" упоминаются в китайских текстах XIII-XIV веков. К XV веку эта новинка дошла до Европы, но повсеместного распространения не получила. Подобные серные палочки стали использоваться в Европе только к XVII-XVIII векам, до тех пор, пока развитие химии не позволило их усовершенствовать.
Первые спички сделал в 1805 году французский химик Жан Шансель. Это были деревянные спички, зажигавшиеся при соприкосновении головки из смеси серы, бертолетовой соли и киновари с концентрированной серной кислотой. В 1813 году в Вене была зарегистрирована первая в Австро-Венгрии спичечная мануфактура Малиарда и Вика по производству химических спичек. Ко времени начала производства серников (серных спичек) (1826) английским химиком и аптекарем Джоном Уокером (англ. John Walker) химические спички были уже достаточно широко распространены в Европе.
Головки в спичках Джона Уокера состояли из смеси сульфида сурьмы, бертолетовой соли и гуммиарабика (камеди — вязкой жидкости, выделяемой акацией). При трении такой спички о наждачную бумагу (тёрку) или другую достаточно шершавую поверхность её головка легко зажигается.
Спички Уокера были длиной (по разным сведениям) 2½ или 3 дюйма. Они упаковывались в оловянные пеналы, содержавшие 84 спички и лист наждачной бумаги, которые продавались за один английский шиллинг и назывались «congreves» (в честь изобретателя ракет Уильяма Конгрива). Впрочем, больших денег на своём изобретении Уокер не заработал. К тому же эти спички имели ужасный запах.
В 1830 году 19-летний французский химик Шарль Сориа изобрёл фосфорные спички, состоявшие из смеси бертолетовой соли, белого фосфора и клея. Эти спички были весьма огнеопасны, поскольку загорались даже от взаимного трения в коробке и при трении о любую твёрдую поверхность, например, подошву сапога.
Основным недостатком спичек Уокера и Сориа была нестабильность зажигания черенка спички — время горения головки было очень мало. Выход нашёлся в изобретении фосфорно-серных спичек, головка которых изготавливалась в два этапа — сначала черенок обмакивался в смесь серы, воска или стеарина, небольшого количества бертолетовой соли и клея, а затем в смесь белого фосфора, бертолетовой соли и клея. Вспышка фосфора зажигала более медленно горящую смесь серы и воска, от которой зажигался черенок спички.
Эти спички оставались опасными не только в производстве, но и в использовании — погашенные черенки спичек продолжали тлеть, приводя к частым пожарам. Эту проблему удалось решить, пропитав черенок спички фосфорнокислым аммонием (NH4H2PO4). Такие спички стали называться импрегнированными (англ. impregnated — пропитанные) или, позже, безопасными. Для стабильного горения черенка его начали пропитывать воском или стеарином (позднее — парафином).
В 1855 году шведский химик Йохан Лундстрем нанёс красный фосфор на поверхность наждачной бумаги и заменил им же белый фосфор в составе головки спички. Такие спички уже не приносили вреда здоровью, легко зажигались о заранее приготовленную поверхность и практически не самовоспламенялись. Йохан Лундстрем патентует первую «шведскую спичку», дошедшую до наших дней почти без изменений. В 1855 году спички Лундстрема были удостоены медали на Всемирной выставке в Париже. Позднее фосфор был полностью выведен из состава головок спичек и оставался только в составе намазки (тёрки).
С развитием производства «шведских» спичек, производство спичек с использованием белого фосфора было запрещено почти во всех странах. До изобретения сесквисульфидных спичек ограниченное производство спичек с белым фосфором сохранялось только в Англии, Канаде и США, в основном для армейских целей, а также (до 1925 года) — в некоторых странах Азии. В 1906 году была принята международная Бернская конвенция, запрещающая использование белого фосфора при производстве спичек. К 1910 году производство фосфорных спичек в Европе и Америке было полностью прекращено.
Сесквисульфидные спички были изобретены в 1898 году французскими химиками Савеном и Каеном. Они производятся в основном в англоязычных странах, главным образом для армейских нужд. Основой довольно сложной композиции головки являются неядовитый сесквисульфид фосфора (P4S3) и бертолетова соль.
В конце XIX века спичечный бизнес превратился в шведский «национальный вид спорта». В 1876 году было построено 38 заводов по производству спичек, а в общей сложности работал 121 завод. Однако к началу XX века почти все они либо разорились, либо слились в большие концерны.
В настоящее время спички, изготавливаемые в большинстве европейских стран, не содержат соединений серы и хлора — вместо них используются парафины и бесхлорные окислители.
Производство спичек в России
Выпуск фосфорных спичек начался в России примерно в 1833—37 гг., но ни упаковки, ни этикетки первых фабрик не сохранились, да и точных документальных данных по их месторасположению пока не обнаружено. Первый всплеск развития производства спичек приходится на 1840-е гг. К 1848 г. в России работало уже более 30 спичечных мануфактур. В ноябре 1848 года вышел закон, разрешающий производство спичек только в Москве и Санкт-Петербурге и ограничивающий розничную продажу спичек. В результате, в 1849 г. в России осталась только одна спичечная фабрика. В 1869 г. было разрешено «повсеместно, как в Империи, так и в Царстве Польском производить выделку фосфорных спичек». К 1913 г. в России действовало 251 зарегистрированное производство спичек.
В России достаточно рано обратили внимание на чрезвычайную опасность белого фосфора — уже в 1862 г. появились ограничения на оборот белого фосфора, а в 1882 г. на спички из белого фосфора был установлен акциз вдвое больший, чем на «шведские» спички. К началу XX века производство спичек с использованием белого фосфора в России постепенно сошло на нет.
С 1863 г. в России началась постепенная механизация спичечного производства, и к 1914 г. большинство спичечных фабрик было оснащено по крайней мере несколькими механическими станками, работавшими в основном от паровых машин.
С 1914 по 1926 год (вследствие Первой мировой войны, революции, распада империи, Гражданской войны и послереволюционной разрухи) производство спичек в России неуклонно снижалось. К 1931 г. в СССР работала только 31 спичечная фабрика.
К 1922 г. всё спичечное производство в СССР было национализировано. С этого времени начинается очередное возрождение спичечного производства. На первом этапе простаивающее оборудование с закрывшихся фабрик сосредотачивается на работающих. Несколько мелких фабрик, располагавшихся поблизости друг от друга, были объединены. Но и к середине 1930-х годов производство спичек все ещё не обеспечивало потребности страны. К 1940 г. на многих фабриках была проведена реконструкция, были установлены первые спичечные автоматы, и производство спичек значительно увеличилось. Страна стала экспортировать спички в коммерческих масштабах.
В 1941—43 гг. более половины предприятий по производству спичек (дававших более 2/3 производства) были разрушены в ходе войны и оккупации. В 1948 г. производство спичек было на уровне начала 1930-х гг.
В течение 1944—60 гг. несколько разрушенных предприятий было восстановлено, большинство предприятий было переоснащено новым оборудованием и к середине 1960-х спичечный кризис в стране был в основном ликвидирован.
К 1980 г. спичечные фабрики прошли ряд модернизаций и реконструкций, и страна вновь стала в массовом количестве экспортировать спички.
Переход от плановой социалистической экономики к рыночной застал руководство большинства предприятий врасплох. Непонимание руководителями предприятий условий работы в рыночной экономике, полное отсутствие в стране грамотных экономистов и маркетологов привело сначала к кризису перепроизводства (из-за того, что предприятия оказались отрезанными от экспортных рынков, резкого наплыва дешёвых импортных зажигалок и полного безразличия к этим фактам государства), а затем — к массовому банкротству фабрик.
Строение, состав и изготовление
Спичка состоит из головки и соломки. Головка представляет собой взвесь порошкообразных веществ в растворе клея. В число порошкообразных веществ входят окислители — бертолетова соль и калиевый хромпик, отдающие кислород при высокой температуре, эта температура несколько снижена добавкой катализатора — пиролюзита. Отдаваемым окислителями кислородом, а также кислородом воздуха окисляется содержащаяся в головке сера, при этом выделяется сернистый газ, придающий загорающейся спичке характерный запах, при горении головки образуется шлак с порами, похожий на стекло. Кратковременной вспышки головки было бы недостаточно для поджигания соломки. Но парафин, находящийся под головкой, при её горении закипает, его пары воспламеняются, и этот огонь переносится на спичечную соломку. Для управления скоростью горения в число порошкообразных веществ введены молотое стекло, цинковые белила, железный сурик.
Спичечная соломка в российских и ранее советских спичках чаще всего представляет собой осиновую палочку. Во избежание её тления она пропитывается 1,5%-ным раствором Н3РО4.
Намазка спичечного коробка, о которую трут спичкой при её поджигании, тоже представляет собой взвесь порошкообразных веществ в растворе клея. Но состав порошкообразных веществ несколько иной. В их число входит сульфид сурьмы (III) и красный фосфор, который при трении головки о намазку переходит в белый фосфор, мгновенно вспыхивающий при контакте с воздухом и поджигающий головку. Чтобы при зажигании не загорелась вся намазка, частички красного фосфора разделены плохо горящими веществами — железным суриком, каолином, гипсом, молотым стеклом.
Процентный состав головки спички и намазки («тёрки») коробки:
Состав головки спички
бертолетова соль KClO3 46,5 %
стекло молотое SiO2 17,2 %
свинцовый сурик Pb3O4 15,3 %
костный клей 11,5 %
сера S 4,2 %
белила цинковые ZnO 3,8 %
дихромат калия K2Cr2O7 1,5 %
Состав намазки («тёрки»)
антимонит Sb2S3 41,8 %
фосфор (красный) P 30,8 %
железный сурик Fe2O3 12,8 %
костный клей 6,7 %
стекло молотое SiO2 3,8 %
мел CaCO3 2,6 %
белила цинковые ZnO 1,5 %
Спички в России изготавливаются в соответствии с ГОСТ 1820—2001 «Спички. Технические условия».
При изготовлении спичек сначала с осиновых брёвен лущится шпон — срезается тонкий слой по всей длине бревна, затем шпон укладывается слоями и рубится ножами, в результате чего получается спичечная соломка. Соломки пропитываются растворами против тления, сушатся, шлифуются и поступают в спичечный автомат. Они устанавливаются в наборные планки транспортера, подогреваются, и часть соломки, позднее станущая головкой погружается в жидкий парафин. Далее упомянутая часть соломки несколько раз обмакивается в специальный состав — формируется головка спички. Спичечные соломки с головкой сушатся и поступают в ящики.
Коробки изготовляются на коробкоклеильных автоматах. Внутренняя и внешняя коробки по европейской системе сначала вкладываются друг в друга, а потом наполняются спичками. По американской системе сначала внутренняя коробка наполняется спичками, а затем она вкладывается во внешнюю. Последний этап — нанесение намазки на внешнюю коробку.
Помимо обычных (бытовых) спичек изготавливаются также специальные:
- Штормовые (охотничьи) — горящие на ветру, в сырости и под дождём.
- Термические — развивающие при горении более высокую температуру и дающие при сгорании головки большее количество тепла.
- Сигнальные — дающие при горении цветное пламя.
- Фотографические — дающие мгновенную яркую вспышку, используемую при фотографировании.
- Сигарные — спички увеличенного размера для более продолжительного горения при раскуривании сигары.
- Каминные — очень длинные спички, чтобы зажигать камины.
- Газовые — меньшей длины, чем каминные, чтобы зажигать газовые горелки.
- Декоративные (подарочные, коллекционные) — ограниченные выпуски коробков с различными рисунками (подобно почтовым маркам), сами спички часто имели цветную головку (розовую, зелёную). Выпускались также отдельно наборы этикеток размером с коробок.
Спички в течение многих десятилетий были одним из важнейших элементов человеческой жизни, да и сегодня играют не последнюю роль в нашем повседневном обиходе. Обычно, чиркая спичкой о коробок, мы даже не задумываемся над тем, какие химические реакции происходят в эту секунду и сколько изобретательности и сил положили люди, чтобы иметь такое удобное средство добывания огня. Обыкновенные спички, несомненно, принадлежат к числу самых удивительных изобретений человеческого ума.
Чтобы убедиться в этом, достаточно вспомнить, скольких усилий требовало разведение огня в прежние времена. Правда, от утомительного способа извлекать огонь трением наши предки отказались еще в древности. В средние века появилось для этой цели более удобное приспособление - огниво, но и с ним разжигание огня требовало известной сноровки и усилий. При ударе стали о кремень высекалась искра, которая попадала на трут, пропитанный селитрой. Трут начинал тлеть. Приложив к нему листок бумаги, стружку или любую другую растопку, раздували огонь. Раздувание искры было самым неприятным моментом в этом занятии. Но можно ли было обойтись без него?
Немного истории
Кто-то придумал обмакнуть сухую лучинку в расплавленную серу. В результате на одном кончике лучины образовывалась серная головка. Когда головку прижимали к тлеющему труту, она вспыхивала. От нее загоралась вся лучинка. Так появились первые спички.
Надо сказать, что в течение всей своей предыдущей истории люди старались получить огонь с помощью механических воздействий - трения или удара. При таком подходе серная спичка могла играть только вспомогательную роль, поскольку непосредственно добыть огонь с ее помощью было нельзя, ведь она не загоралась ни от удара, ни от трения.
Но вот в конце XVIII века известный химик Бертолле доказал, что пламя может быть результатом химической реакции. В частности, если капнуть серной кислотой на хлорноватистокислый калий (бертолетову соль), возникнет пламя. Это открытие позволило подойти к проблеме добывания огня совсем с другой стороны. В разных странах начались многолетние изыскания по созданию спичек с концом, намазанным тем или иным химическим веществом, способным возгораться при определенных условиях.
В 1812 году Шапсель изобрел первые самозажигающиеся спички, еще весьма несовершенные, однако с их помощью можно было добыть пламя гораздо скорее, чем при помощи огнива. Спички Шапселя представляли собой деревянные палочки с головкой из смеси серы, бертолетовой соли и киновари (последняя служила для окраски зажигательной массы в красивый красный цвет).
В солнечную погоду такая спичка зажигалась при помощи двояковыпуклой линзы, а в других случаях - при соприкосновении с капелькой концентрированной серной кислоты. Эти спички были очень дороги и, кроме того, опасны, так как серная кислота разбрызгивалась при воспламенении головки и могла вызывать ожоги. Понятно, что они не получили широкого распространения.
Более практичными должны были стать спички с головками, загорающимися при легком трении. Однако сера не годилась для этой цели. Искали другое легковоспламеняющееся вещество и тут обратили внимание на белый фосфор, открытый в 1669 году немецким алхимиком Брандом. Фосфор гораздо более горюч, чем сера, но и с ним не все сразу получилось.
Поначалу спички зажигались с трудом, так как фосфор выгорал слишком быстро и не успевал воспламенить лучину. Тогда его стали наносить поверх головки старой серной спички, предполагая, что сера быстрее загорится от фосфора, чем древесина. Но эти спички тоже загорались плохо. Дело пошло на лад только после того, как стали подмешивать к фосфору вещества, способные при нагревании выделять необходимый для воспламенения кислород.
Сейчас уже трудно сказать, кто первый придумал удачный рецепт зажигательной массы для фосфорных спичек. По-видимому, это был австриец Ирини. В 1833 году он предложил предпринимателю Ремеру следующий способ изготовления спичек:
«Нужно взять какого-нибудь горячего клея, лучше всего гуммиарабика, бросить в него кусок фосфора и сильно взболтать склянку с клеем. В горячем клее при сильном взбалтывании фосфор разобьется на мелкие частицы. Они так тесно слипаются с клеем, что образуется густая жидкость беловатого цвета. Дальше к этой смеси нужно прибавить мелко растертый порошок перекиси свинца. Все это размешивается до тех пор, пока не получится однообразная бурая масса. Предварительно надо приготовить серники, то есть лучинки, концы которых покрыты серой.
Сверху серу нужно покрыть слоем фосфорной массы. Для этого серники обмакивают в приготовленную смесь. Теперь остается их высушить. Таким образом получаются спички. Они воспламеняются очень легко. Их стоит только чиркнуть о стенку».
Это описание дало возможность Ремеру открыть спичечную фабрику. Он, впрочем, понимал, что носить спички в кармане и чиркать ими о стенку неудобно и придумал упаковывать их в коробки, на одну из сторон которых клеили шершавую бумажку (готовили ее просто - обмакивали в клей и сыпали на нее песок или толченое стекло).
При чирканьи о такую бумажку (или о любую шершавую поверхность) спичка воспламенялась. Наладив для начала пробный выпуск спичек, Ремер потом расширил производство в сорок раз - так велик был спрос на его товар, и заработал на выпуске спичек огромные деньги. Его примеру последовали другие фабриканты, и вскоре во всех странах фосфорные спички сделались ходовым и дешевым товаром.
Постепенно было разработано несколько различных составов зажигательной массы. Уже из описания Ирини видно, что в головку фосфорной спички входило несколько компонентов, каждый из которых выполнял свои функции. Прежде всего, здесь был фосфор, игравший роль воспламенителя. К нему подмешивали вещества, выделяющие кислород.
Помимо достаточно опасной бертолетовой соли в этой роли могли употреблять перекись марганца или сурик, а в более дорогих спичках - перекись свинца, которая вообще являлась наиболее подходящим материалом. Под слоем фосфора помещались менее горючие вещества, передающие пламя от воспламенителя деревянной лучине. Это могли быть сера, стеарин или парафин. Для того чтобы реакция не шла слишком быстро и дерево успело нагреться до температуры горения, добавляли нейтральные вещества, например, пемзу или порошкообразное стекло. Наконец в массу подмешивали клей, для того чтобы соединить между собой все остальные компоненты.
При трении головки о шероховатую поверхность в месте соприкосновения возникала теплота, достаточная для зажигания ближайших частичек фосфора, от которых воспламенялись и другие. При этом масса настолько нагревалась, что тело, содержащее кислород, разлагалось. Выделявшийся кислород способствовал воспламенению легкозагорающегося вещества, которое находилось под головкой (серы, парафина и т.п.). От него огонь передавался дереву.
Спичку – в массы!
Спичечное производство с самого начала приняло крупные масштабы, ведь годовое потребление спичек исчислялось десятками и сотнями миллиардов штук. Без всесторонней механизации тут было не обойтись. Фабрикация спичек делилась на две главные операции:
1) изготовление палочек (спичной соломки),
2) приготовление зажигательной массы и макание в нее соломки.
Наиболее употребительной породой дерева для спичек была осина, а также тополь, ива, сосна, ель, древесина которых имела крепкие прямые волокна. Высушенные бревна резали на куски длиной около 1 м. Каждый кусок раскалывали накрест на четыре части и снимали с него кору. Полученный чурбан укрепляли на столярном верстаке и строгали с помощью специального рубанка, рабочая часть которого состояла из нескольких трубочек, заостренных спереди.
При прохождении таким рубанком вдоль дерева получались длинные круглые или прямоугольные палочки (в зависимости от формы трубочек соломке можно было придать любое поперечное сечение). Затем обычным рубанком сглаживали неровности, образовавшиеся в виде желобков от вынутых лучинок, снимали второй слой, вновь выравнивали дерево и так далее. Получившиеся лучинки резали на части, имеющие длину спички. Эту операцию производили на станке, имевшем очень простое устройство.
Лучинки укладывались в корыто и подвигались вплотную к регулирующей пластинке, а затем с помощью рычага и ножа отрезали установленную длину.
Пора бы механизировать процесс
Вместо ручного строгания очень скоро стала применяться специальная машина. Дерево здесь упиралось в конец станины и обрабатывалось при помощи режущего устройства, в котором имелось несколько заостренных трубочек, вырезающих лучинки при движении режущего устройства. Для того чтобы подвергнуться обработке на этой машине, бревно сначала разрезалось на доски. Машина эта, впрочем, имела много недостатков и давала большой отход. Поэтому в дальнейшем ее заменили другие, а сам процесс резки лучинок был разбит на несколько операций.
Для дальнейшей обработки соломку необходимо было уложить ровными и параллельными рядами. Для этой цели тоже употребляли специальную машину. На платформу, которая получала быстрые сотрясательные движения, устанавливали перегороженный ящик, причем расстояние между перегородками соответствовало длине спички. При быстром движении ящика соломки укладывались между перегородками в отделения ящика, а мусор проваливался через его нижние отверстия. Затем ящик снимали и переворачивали. Соломка оставалась на доске параллельными рядами и в таком виде направлялась в макальную.
Перед обмакиванием соломку укладывали в специальную рамку, состоявшую из основания и двух крепившихся к нему железных стержней, на которые надевались деревянные дощечки. Поперек дощечек проходили желобки, расположенные параллельно друг другу. Длина этих желобков делалась такой, чтобы положенная в них соломка выступала приблизительно на четверть своей длины. Заполненные дощечки надевались на стержни одна над другой. Сверху все они прикрывались доской и зажимались клиньями. Таким образом получалась рамка, в которой помещалось около 2500 спичек. В дальнейшем эта операция была механизирована и выполнялась специальной наборной машиной.
Каждую спичку необходимо было обмакивать дважды - сначала в серу или парафин, а потом в зажигательную массу. Изготовление зажигательной массы было сложным делом, требовавшим больших предосторожностей. Особое значение имело ее тщательное перемешивание. Для этого каждая составная часть сильно измельчалась до порошкообразного состояния. Первоначально обмакивание спичек происходило вручную с помощью макальной сковороды.
Макальная сковорода состояла из двух частей: плоской и углубленной. Первая делалась несколько больше наборной рамы и служила собственно для обмакивания в расплавленную массу. Слой ее здесь был незначителен и соответствовал вышине парафинированной (или серненой) части спички. Вторая часть служила резервуаром для массы и способствовала сохранению постоянного уровня.
Позже была изобретена макальная машина. Она состояла из чугунного резервуара, окруженного другим чугунным резервуаром. Во внешнем резервуаре находилась зажигательная масса. Между обоими резервуарами заливалась теплая вода для согревания массы. Внутренний резервуар был закрыт со всех сторон и лишь в верхней доске имел поперечную щель, в которой помещался валик. Вращаясь, валик захватывал своей нижней половиной часть массы из резервуара и наносил ее на концы спичек.
Для большего удобства работы над верхней доской резервуара имелась особая макальная плита, на которую устанавливалась наборная рама и которая легко двигалась над макальным валиком при помощи зубчатых реек и шестерней, укрепленных на оси валика. Над макальным валиком помещался другой, который служил для равномерного надавливания проходящих под ним наборных рам к нижнему валику. Из макальной машины наборные рамы переносились в сушильную камеру. После просушки спички вынимали из наборных рам и укладывали в коробки. Долгое время эта работа выполнялась вручную, но потом появились машины и для этой операции.
Убийственные спички становятся безопасными
Большим недостатком фосфорных спичек была ядовитость фосфора. На спичечных фабриках рабочие быстро (иногда за несколько месяцев) отравлялись парами фосфора и делались неспособны к труду. Вредность этого производства превосходила даже зеркальное и шляпное. Кроме того, раствор зажигательной массы в воде давал сильнейший яд, которым пользовались самоубийцы (а нередко и убийцы).
В 1847 году Шретер открыл неядовитый аморфный красный фосфор. С этого времени появилось желание заменить им опасный белый фосфор. Раньше других эту задачу удалось разрешить знаменитому немецкому химику Бетхеру. Он приготовил смесь из серы и бертолетовой соли, смешав их с клеем, и нанес ее на лучинки, покрытые парафином. Но, увы, эти спички оказалось невозможно зажечь о шершавую поверхность.
Тогда Бетхер придумал смазать бумажку особым составом, содержащим некоторое количество красного фосфора. При трении спички о такую поверхность частички красного фосфора воспламенялись за счет прикасающихся к ним частиц бертолетовой соли головки и зажигали последнюю. Новые спички горели ровным желтым пламенем. Они не давали ни дыма, ни того неприятного запаха, который сопутствовал фосфорным спичкам. Изобретение Бетхера поначалу не заинтересовало фабрикантов.
Впервые «безопасные спички» стали выпускать в 1851 году шведы братья Лундстремы. Поэтому бесфосфорные спички долго называли «шведскими». После революции 1917 года в России была даже шутливая поговорка:
«Спички шведские, головки советские!
Пять минут вонь, потом огонь».
Как только безопасные спички получили распространение, во многих странах было запрещено производство и продажа фосфорных спичек. Через несколько десятилетий их выпуск совершенно прекратился.
Спичка состоит из головки и соломки
Головка представляет собой взвесь порошкообразных веществ в растворе клея. В число порошкообразных веществ входят окислители - бертолетова соль и калиевый хромпик, отдающие кислород при высокой температуре, эта температура несколько снижена добавкой катализатора - пиролюзита.
Отдаваемым окислителями кислородом, а также кислородом воздуха окисляется содержащаяся в головке сера, при этом выделяется сернистый газ, придающий загорающейся спичке характерный запах, при горении головки образуется шлак с порами, похожий на стекло. Кратковременной вспышки головки было бы недостаточно для поджигания соломки. Но парафин, находящийся под головкой, при её горении закипает, его пары воспламеняются, и этот огонь переносится на спичечную соломку. Для управления скоростью горения в число порошкообразных веществ введены молотое стекло, цинковые белила, железный сурик.
Спичечная соломка в российских и ранее советских спичках чаще всего представляет собой осиновую палочку. Во избежание её тления она пропитывается 1,5%-м раствором Н 3 РО 4 .
Намазка спичечного коробка , о которую трут спичкой при её поджигании, тоже представляет собой взвесь порошкообразных веществ в растворе клея. Но состав порошкообразных веществ несколько иной. В их число входит сульфид сурьмы(III) и красный фосфор, который при трении головки о намазку переходит в белый фосфор, мгновенно вспыхивающий при контакте с воздухом и поджигающий головку. Чтобы при зажигании не загорелась вся намазка, частички красного фосфора разделены плохо горящими веществами - железным суриком, каолином, гипсом, молотым стеклом.
|
Состав головки спички |
Состав намазки («тёрки») |
|||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Бертолетова соль Стекло молотое Свинцовый сурик Костный клей Сера Белила цинковые Дихромат калия |
KClO 3 S |
46,5 % 17,2 % 15,3 % 11,5 % 4,2 % 3,8 % 1,5 % |
Антимонит Фосфор (красный) Железный сурик Костный клей Стекло молотое Мел Белила цинковые |
Sb 2 S 3 SiO 2 |
41,8 % 30,8 % 12,8 % 6,7 % 3,8 % 2,6 % 1,5 % |
Процесс сгорания головки спички
Скоростная съемка 4000 кадров в секунду
Общая оценка материала: 4.9
Первые настоящие спички были изобретены 10 апреля 1833 года, когда в массу для спичечных головок был введён жёлтый фосфор. Именно этот день и считается днём рождения первой спички.
В русском языке слово «спичка» является производным от старорусского слова «спички» - множественной формы слова «спица» (заострённая деревянная палочка). Первоначально это слово обозначало деревянные гвозди, которые использовались при изготовлении обуви (для крепления подошвы).
Поначалу для обозначения спичек использовалось словосочетание «зажигательные (или самогарные) спички», и только после широкого распространения спичек первое слово стало опускаться, а потом и вовсе исчезло из обихода.
Из чего делают спички?
Большинство предприятий по производству спичек делают их из осины. Кроме этого вида древесины, используют ещё липу, тополь и другие деревья. Специальная машина для изготовления спичек за восьмичасовой рабочий день может произвести до 10 млн экземпляров.
Почему спички горят?
Когда мы трём головкой спички о стенку коробка, начинается серия химических реакций. На коробок нанесена намазка. Она состоит из кpacнoгo фосфора, наполнителей и клея. При трении частицы кpacнoгo фосфора переходят в белый, он нагревается и загорается уже при 50 градусах. Сначала загорается коробок, а не спичка. Чтобы намазка на коробке не сгорела вся сразу, в её состав вводят флегматизаторы. Они поглощают часть выделенного тепла.
Половина массы головки - окислители, в частности бертолетова соль. При разложении она легко отдаёт кислород. Чтобы понизить температуру разложения бертолетовой соли, в состав массы добавляют катализатор - двуокись марганца. Основным горючим веществом является сера. Чтобы головка не сгорала слишком быстро и не разлеталась на части, в массу добавляют наполнители: молотое стекло, цинковые белила, железный сурик. Всё это связано вместе разными клеями.
Какие бывают спички?
Помимо обычных (бытовых) спичек, существует около 100 видов специальных спичек, различающихся размером, цветом, составом и степенью горения.
Самыми распространёнными видами являются:
– штормовые - горят даже под водой и на ветру (ветровые, охотничьи);
– термические - ими можно паять (сваривать), так как они испускают большое количество тепла;
– сигнальные - способны выделять цветное пламя;
– каминные и газовые - длинные спички для разжигания каминов и газовых плит;
– декоративные (сувенирные) - подарочные спички, часто имеют цветную головку;
– фотографические - используются для создания мгновенной вспышки.
1. Спички с разноцветными головками (красными, синими, коричневыми, зелёными и др.), вопреки существующему мифу, отличаются друг от друга только цветом. Горят они абсолютно одинаково.
2. Горючая масса для спичек когда-то готовилась из белого фосфора. Но потом выяснилось, что вещество это вредно для здоровья - образующийся при горении дым был ядовит, а для самоубийства было достаточно съесть всего лишь одну спичечную головку.
3. Первая российская спичечная мануфактура была зарегистрирована в 1837 году в Петербурге. В Москве же первая фабрика появилась в 1848 году. Поначалу спички производились из белого фосфора. Безопасный красный фосфор стали использовать только в 1874 году.
4. Спичечный коробок советского/российского образца по ГОСТу имеет длину ровно 5 см, что позволяет с его помощью измерять размеры предметов.
5. С помощью спички можно вывести чернильное пятно с клеёнки. Для этого необходимо немного увлажнить загрязнённую поверхность клеёнчатой скатерти и потереть головкой спички пятно. После исчезновения загрязнения клеёнку необходимо смазать оливковым маслом, а затем вытереть ватным тампоном.