Химия вокруг нас
лоту от окружающей среды. Это
свойство смеси льда и поваренной соли могут с успехом использовать также и
домохозяйки.
Спички
Высекание искр при ударе камня о кусок пирита FeS2 и поджигание ими
обуглившихся кусков дерева или растительных волокон было способом получения
огня человеком.
Поскольку способы получения огня были несовершенны и трудоемки,
человеку приходилось постоянно поддерживать горящий источник огня. Для
перенесения огня в Древнем Риме использовали деревянные палочки, обмакнутые
в расплав серы.
Приспособления для получения огня, основанные на химических реакциях,
начали делать в конце XVIII в. Вначале это были древесные лучинки, на
кончике которых в виде головки закреплялись хлорат калия (бертолетова соль
КС1Оз) и сера. Головка погружалась в серную кислоту, происходила вспышка и
лучинка загоралась. Человек был вынужден хранить и обращаться с
небезопасной серной кислотой, что было крайне неудобно. Тем не менее это
химическое «огниво» можно рассматривать как прародитель современных спичек.
В начале XIX в. немецкий химик Деберейнер изобрел более совершенное,
но и более сложное огниво. Им было установлено, что струя водорода,
направленная на губчатую платину, воспламеняется на воздухе.
Губчатая платина играет роль катализатора. Для использования этого
средства при получении огня в быту им был создан небольшой стеклянный
прибор (по типу ранее изобретенного Киппом аппарата, носящего его имя).
Водород получался приведением в контакт металлического цинка и серной
кислоты. Таким образом, получение пламени и его тушение обеспечивалось
поворотом крана, приводящего в контакт (или разделяющего) серную кислоту и
цинк. Огниво Деберейнера можно считать прародителем современной газовой или
бензиновой зажигалки.
В современной зажигалке воспламенение горючего производится под
действием искры, получающейся от сгорания мельчайшей частицы «кремня»,
срезанной зубчатым колесиком. «Кремень» представляет собой смесь
редкоземельных металлов (лантаноидов). В мелкораздробленном состоянии эта
смесь пирофорна, т. е. самовоспламеняется на воздухе, образуя искру.
Однако более ранний пирофор изготавливали из смеси поташа К2СО3 и
высушенных квасцов K2SO4 ? Al2(SO4)3.К нему добавляли мелкодисперсный уголь
или сажу и нагревали до каления без доступа воздуха. Порошок охлаждали и
помещали в герметически закрытый сосуд, откуда он мог извлекаться по мере
необходимости, Для добывания огня порошок высыпался на трут, вату или
тряпки и уже в воздухе воспламенялся. Считают, что при прокаливании на
оставшихся частичках угля образуется мелкодисперсный металлический калий,
который, окисляясь на воздухе, и служит инициатором воспламенения.
Важнейшим этапом на пути к современным спичкам было введение в состав
массы спичечной головки белого фосфора (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. Прежде всего некрозу подвергались кости челюстей
людей, так как фосфор проникал через кариозные зубы.
В 1847 г. было установлено, что белый фосфор при нагревании в закрытом
сосуде без доступа воздуха превращается в другую модификацию — красный
фосфор. 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. Эти спички называли безопасными или шведскими, так как фабричным
способом их впервые начади, изготавливать в Швеции в 1867—1869 гг.
Существует несколько разновидностей современных спичек. По назначению
различают спички, зажигающиеся в обычных условиях, влагоупорные
(рассчитанные на зажигание после хранения во влажных условиях, например в
тропиках), ветровые (зажигающиеся на ветру) и др.
В качестве основного сырья для изготовления спичечной соломки с
прошлого столетия используют главным образом осину и реже липу. Для этого с
круглого очищенного от коры чурака специальным ножом по спирали снимается
лента, которая затем рубится на спичечную соломку. При сгорании спички
необходимо получить нетлеющий уголек от соломки и удержать на нем
раскаленный шлак от сгоревшей головки. Необходимость последнего
обусловливается стремлением обезопасить потребителя от прожогов одежды при
попадании раскаленного шлака. Тлеющий уголек от соломки, естественно,
представляет пожарную опасность. 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. В качестве противотлеющих
веществ используют фосфорную кислоту и ее соль (NH4)2HPO4.
За период более чем 150 лет было использовано большое количество
рецептур зажигательных масс, из которых изготавливают головки спичек. Они
являются сложными многокомпонентными системами. В них входят: окислители
(КС1О3, КгСг2О7, МпО2), дающие кислород, необходимый для горения; горючие
вещества (сера, животные и растительные клеи, сульфид фосфора P4S3);
наполнители — вещества, предотвращающие взрывной характер горения головки
(измельченное стекло, Fe2Оз); склеивающие вещества (клеи), которые
одновременно являются и горючими; стабилизаторы кислотности (ZnO, СаСОз и
др.); вещества, окрашивающие спичечную массу в определенный цвет
(органические и неорганические красители).
По количеству кислорода, выделяемого на одну массовую часть, хромпик
К2Сr2О7 уступает бертолетовой соли КСlO3, но зажигательные составы,
содержащие первый окислитель, воспламеняются значительно легче. Кроме того,
хромпик улучшает качество шлака.
Пиролюзит MnO2 играет двойную роль: катализатора разложения
бертолетовой соли и источника кислорода. Оксид железа (III) Fe2O3 также
выполняет две функции. Он является минеральной краской (цвет ржавчины) и
существенно уменьшает скорость горения массы, делая горение более
спокойным.
Температура горения спичечных головок достигает 1500 0C, а температура
их воспламенения лежит в пределах 180 – 200 0С.
Фосфорная (терочная) масса также является
Бумага и карандаши
Сохранились документы, указывающие на то, что в 105 г. н. э. министр
китайского императора организовал производство бумаги из растений с
добавками тряпья. Около 800.г. такая бумага получила широкое
распространение в Китае, а также на Ближнем Востоке. Знакомство с бумагой
европейцев связано с крестовыми походами на Ближний Восток — в Сирию,
Палестину, Северную Африку, организованными западно-европейскими феодалами
и католической церковью (первый поход состоялся в 1096—1099 гг.). В эпоху
раннего средневековья (до начала крестовых походов) для письма в Европе
использовался главным образом папирус. В Италии им пользовались еще в XII
в.
Письменность же была известна в Египте и Месопотамии с конца IV и
начала III тысячелетия до н. э., т. е. задолго до изобретения бумаги. Как
уже было отмечено, основными предшественниками бумаги как материала, на
которое наносилось письмо, были папирус и пергамент.
Растение папирус (Cyperus papyrus) произрастает в Египте в болотистой
местности около реки Нила. Стебель растения очищали от коры и луба и из
белоснежного материала нарезали тонкие полосы. Их укладывали слоями вдоль и
поперек, а затем механическим давлением выжимали из них растительный сок.
Этот сок сам обладает способностью склеивать полосы папируса. Позднее для
скрепления полос стали применять клей, приготовленный из невыделанных шкур
или муки. После высушивания на солнце получающиеся листы шлифовали камнем
или кожей. Папирус для письма стали изготовлять около 4000 лет назад.
Считают, что и название бумаги (papiera) происходит от слова папирус.
Пергамент — это невыделанная, но освобожденная от волос и обработанная
известью звериная, овечья или козлиная кожа. Так же, как и папирус,
пергамент — прочный и долговечный материал. Хотя бумага менее прочна и
долговечна, она более дешева и потому более доступна для широкого
использования.
Волокна целлюлозы в древесине связаны между собой лигнином. Для
удаления лигнина и освобождения от него целлюлозы проводят варку древесины.
Распространенным способом варки является сульфитный. Он был разработан в
США в 1866 г., а первый завод по данной технологии был построен в Швеции в
1874 г. Широкое промышленное значение способ получил с 1890 г
По этому способу для отделения
лигнина и некоторых других веществ, содержащихся в древесине, последняя
варится в сульфитном щелоке, который состоит из Са(НSОз)2, H2SO3 и SO2.
Для обеспечения прочности соединения частиц пигментов с бумагой-
основой требуются связующие. Часто их роль выполняют вещества,
обеспечивающие проклейку бумаги. В качестве минеральных пигментов широко
используют каолин — землистую массу, близкую по составу к глинам, но по
сравнению с последними характеризующуюся пониженной пластичностью и
повышенной белизной. Одним из старейших наполнителей является карбонат
кальция (мел), потому
| |  скачать работу |
Химия вокруг нас |
