Исследовательская работа по теме "История шведской спички"

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

«АНГАРСКИЙ ТЕХНИКУМ СТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

Исследовательская работа по химии

История шведской спички

  Выполнил: Аксёнов И.А.

Группа ЭПГЗ-41809

Проверил: Вахитова Е.В.

Преподаватель химии

Ангарск, 2019

Содержание

Введение

Человек добывал огонь многие тысячелетия. Если вдуматься в этот простой факт, то можно увидеть, как сложен был каждый шаг человека на пути прогресса.

Актуальность темы: 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. Мне захотелось побольше узнать о спичке, о ее изобретателе и составе, и в этой работе я отвечу на интересующие меня вопросы.

Цель: Изучить историю происхождения спичек.

Объект исследования: Спички

Предмет исследования: Химический состав спичек

Гипотеза: Предполагаю, что при горении спички протекает химическая реакция с выделением воды, углекислого газа и образованием угля.

Задачи:

1. Познакомиться с историей создания спичек

2. Изучить химический состав

3. Рассмотреть химические реакции, происходящие при зажигании спичек.

4. Провести эксперимент.

1.История создания спичек

Спички — относительно недавнее изобретение человечества, они пришли на смену огниву около двух веков назад, когда уже работали ткацкие станки, ходили поезда и пароходы. Но только в 1844 году было объявлено о создании спичек.

Прообраз спички был изобретен еще в конце XVII века. Авторство приписывают немецкому химику Ганквицу, впервые применившему для этого недавно открытый фосфор. Такие спички были дороги и очень неудобны в использовании, да и к тому же вредны для здоровья, так как белый фосфор являлся сильнейшим ядом и при горении давал очень неприятный и вредный запах.

С изобретением Шретером красного фосфора, решение проблемы сумел найти шведский химик Юхан Лундстрем в 1851 году. В 1855 году шведский химик 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. 

В Россию Первые фосфорные спички были завезены из Гамбурга в 1836г. Первая фабрика по производству спичек была построена в Санкт-Петербурге в 1837г.

В России достаточно рано обратили внимание на опасность белого фосфора – уже в 1926г.  Появились ограничение на оборот белого фосфора.

К началу ХХ века производство спичек с использованием белого фосфора в России постепенно сошло на нет.

Слово «спичка» происходит от старорусского слова спица — заострённая деревянная палочка, или заноза. Первоначально спицами называли деревянные гвозди, которыми крепили подошву к обуви. Первое время в России спички назывались «зажигательные, или самоварные спички».

2. Химический состав спичек

Спички делают из древесной палочки (соломки) с головкой, которая воспламеняется при трении о намазку (тёрку). Эту тёрку наносят на боковые стороны спичечной коробки. В качестве сырья для изготовления спичечной соломки используют осину, реже - липу. Для этого с круглого очищенного от коры чурбака специальным ножом по спирали снимается лента - шпон, которая затем укладывается слоями и рубится на спичечную соломку. Кроме того, тлеющий уголек от соломки, естественно, представляет пожарную опасность. Чтобы исключить тление соломки и закрепить на ней шлак от головки, соломку пропитывают веществами, образующими на ее поверхности при горении плёнку. Благодаря этой пленке прекращается сгорание угля. Эта же плёнка закрепляет шлак от головки. В качестве противотлеющих веществ используют фосфорную кислоту и ее соль –диаммонийфосфат (NH4)2HPO4. Чтобы обеспечить переход пламени от головки к соломке, последнюю около головки пропитывают расплавленным парафином.

Окислители (бертолетовая соль KClO3, бихромат калия K2Cr2O7, пиролюзит MnO2), дающие кислород, необходимый для горения;

2KClO3 + 3S = 2KCl + 3SO2

5КСlO3 + 6Р = 5KСl + Р2О5

Горючие вещества (сера, животные и растительные клеи, сульфид фосфора P4S3);

Наполнители – вещества, предотвращающие взрывной характер горения головки (измельченное стекло, оксид железа (III) Fe2O3);

Стабилизаторы кислотности (оксид цинка ZnO, мел CaCO3 и др.); они необходимы потому, что повышенная кислотность зажигательной массы нежелательна, так как она способствует протеканию побочных химических процессов;

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 уменьшает скорость горения массы, делая горение более спокойным.

Температура горения спичечных головок достигает 1500°C, а температура их воспламенения лежит в пределах 180-200°C.

Фосфорная (тёрочная) масса, которую наносят на боковые наружные стороны спичечной коробки, также является многокомпонентной. В состав наиболее распространенной тёрочной массы входят: красный фосфор, сульфид сурьмы (III) Sb2S3, железный сурик Fe2O3, пиролюзит MnO2, мел CaCO3, клей.

Что происходит, когда вы чиркаете спичкой о намазку (тёрку)?

Красный фосфор при трении головки о намазку переходит в белый фосфор, который мгновенно вспыхивает при контакте с воздухом и поджигает в головке смесь бертолетовой соли и серы. В результате окисления серы образуется сернистый газ SO2, придающий спичке характерный резкий удушливый запах. Головка, воспламеняясь, зажигает соломку, которая сгорает с образованием угля.

Реакция, протекающая при сгорании головки спички, – это один из наиболее бурных химических процессов. В больших масштабах она является одной из наиболее опасных.

3. Химические реакции при зажигании

Процесс начинается под действием трения, когда спичкой чиркнули о коробок. Сначала загорелся красный фосфор, который был на спичечной коробке. Фосфор, дающий при горении высокую температуру, поджёг смесь серы и бертолетовой соли в спичечной головке, а головка уже подожгла древесину, пропитанную около головки воском, чтобы она лучше загоралась.

Горение фосфора: 4Р + 5О2 = 2Р2О5. Эта реакция необратимая.

Атомы хлора в составе бертолетовой соли (хлората калия КСlO3) перешли в один из продуктов реакции - хлорид калия КС1.

А при сгорании серы все её атомы перешли в состав сернистого газа:

S + O2 = SO2 (этот газ один из основных компонентов неприятного запаха сгоревшей спички), а атомы фосфора перешли в состав его оксида.

Целлюлоза имеет состав С6Н10О5 - сама спичка (дерево)

Известно, какие продукты образовались при её сгорании - это вода, углекислый газ и уголь.

Уравнение реакции горения целлюлозы: С6Н10О5 + 6O2 = 6СO2 + 5Н2O.

4. Технология производства спичек

Производство спичек осуществляется на специальном конвейере. Сначала рабочие отбирают древесину, чтобы сделать спичечную солому. Стволы деревьев распиливают на бруски. С них удаляют кору и отправляют в машины, которые изготавливают детали нужной формы – с квадратным или круглым сечением.

Для производства круглых спичек бруски отправляют в штамповочную машину, которая по образцу вырезает нужные изделия. Не все заготовки проходят дальше, часть из них идет на экспорт, где местные производители делают спички самостоятельно.

Дальнейшие этапы изготовления:

- спичечные бруски пропитывают противопожарным раствором;

- один из концов обрабатывают парафином для того, чтобы он не испортился;

- сверху наносится специальный клей в два слоя;

- спичечную головку покрывают химическим раствором, который отвечает за возгорание;

- заготовки вставляют в матрицу шириной 2 метра, окунают в раствор и там же сушат.

Заключительный этап производства – сушка спичек. После этого их полируют, сортируют по длине и размеру, выбраковывают неудачные варианты.

Производство спичечных коробков устроено проще. Их изготавливают из картона, на который наносится рисунок с логотипом фабрики и красный фосфор. Затем картон нарезают, сгибают и укладывают в коробки. Потом машина накладывает в них спички, по 40 штук в 1 коробок.

Все производство регламентируется ГОСТами:

- коробок должен иметь размеры 50х37х14 мм;

- на широких сторонах обязательно должна быть этикетка;

- длина спички – 42,5 мм, а ширина – 2 мм;

- минимальное их количество – 38 штук, в среднем производители кладут 45 штук.

5. Интересные сведенья о спичках

Виды спичек классифицируются по разным признакам:

1. По материалу спичечной палочки:

Деревянные: изготовлены из мягких пород дерева – осины, липы, тополя, американской белой сосны.

Восковые: парафиновые изготовленные их хлопчатобумажного жгута, пропитанным парафином.

2. По методу зажигания:

Тёрочные: зажигающиеся при трении о специальную поверхность – тёрку.

Бестёрочные: зажигающиеся при трении о любую поверхность.

Для рыбаков и моряков, например, выпускают штормовые спички. У них громадная головка – чуть ли не во всю спичку. В ней много бертолетовой соли. Эти спички могут гореть даже в 12-балльный шторм. Для охотников делают охотничьи спички. У них тоже большая головка, но в ней меньше бертолетовой соли, больше наполнителя. Она горит долго – 8-10 секунд. Такими спичками даже неопытный турист сумеет быстро разжечь костер. Геологи и строители имеют свои спички – тлеющие. Их задача – поджигать запал взрывчатки.

Есть еще сесквисульфидные спички. Они могут зажигаться, если их потереть о любую поверхность.

И специальные спички, у которых температура горения настолько высока, что ими можно сваривать металл, например, кабель телефона. Существуют спички цветного огня. Если в их зажигательную массу добавить некоторые соли, то они будут гореть красным, синим, зеленым огнём.

  Оказывается, есть люди, для которых это увлечение спички – одно из самых интересных дел в жизни. Людей, которые занимаются спичек, называют «филуменисты». Они собирают либо спичечные этикетки, либо коробочки и их содержимое целиком. И люди эти знают про спички много всего интересного, и более того – готовы это показать, и рассказать в созданном ими Музее Спичек.   На самом деле, это не совсем музей. Просто помещение филуменистического центра – две небольшие комнаты в здании типографии издательства «Молодая гвардия», в которых помещается и коллекция экспонатов, и магазин «спички». Можно, наверное, назвать это так – «Зал Истории Спичек». Просто коллекция этикеток и коробков, спичечных наборов и т.п. хоть и интересна, но «оживает» она только в присутствии увлечённых людей – тех, кто может рассказать об истории, настоящем и будущем спичек. Да, рассказать они могут. И, казалось бы, такой простой предмет, как спички, оказывается очень даже повод для экскурсов в разные периоды истории. Оказывается, во время Великой Отечественной войны спички были военнообязанными, и служили и сапёрам, и подрывникам, что в блокадном Ленинграде, испытывавшем страшный дефицит спичек, 38 предприятий занимались их выпуском, а частные спичечные коллекции иногда спасали жизнь людям (источник огня, возможность обменять на еду).  И с удивлением узнаёшь, что в Индии, например, выращивают деревья (тополь) на специальной плантации, предназначенные только для изготовления из них спичек. В общем, много чего можно узнать, и наверняка, любому мальчишке будет очень интересно, если даже не начать собственную коллекцию, то, во всяком случае, увидеть имеющиеся коллекции этикеток и коробков. Чего только не изготавливали из спичек – начиная маленькими домиками и заканчивая огромными сооружениями архитектуры (самая большая поделка из спичек, которая занесена в Книгу Гиннеса, является клоном нефтяной платформы, эта поделка имеет массу почти 1 тонну и поднимается вверх на 4 метра, а в длину – больше 6 метров).

Практическая часть

Опыт 1. Цель: Исследовать явления происходящие при горении спички.

При трении головки спички о тёрку спичечного коробка происходит сильное возгорание.

Вывод: 1. Горение спичечной головки -–это одна из наиболее бурных химических реакций. (Приложение 1).

2.При горении спички выделяется небольшое количество воды в виде маленьких капель – горение целлюлозы.

Опыт 2. Цель: изучить химический состав спички.

В состав спичек входит сера и древесина. В результате горения образуются продукты химической реакции.

Вывод: 1. При горении спички чувствуется определённый специфический запах. В состав спичек входит сера, при горении сера окисляется до диоксида серы – бесцветный газ с характерным запахом.

2. В состав древесины входит целлюлоза. Целлюлоза (С6Н10О5) органическое вещество, которое при сгорании окисляется до воды, углекислого газа и образуется чистый углерод. (Приложение 2).

Заключение

Горение спички – это бурная химическая реакция.

Изготовление спичек – сложный химический процесс.

В процессе работы я узнал историю создания спичек, химическую составляющую спичек. Имею представления о химической реакции, которая протекает при зажигании.

Цель и гипотеза поставленные в начале работы подтвердились.

Список литературы:

1. Тупикин, Е. И. Химия. В 2 ч. Часть 1. Общая и неорганическая химия: учебник СПО / Е. И. Тупикин. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Издательство Юрайт, 2019. — 385 с.
2. Тупикин, Е. И.   Химия. В 2 ч. Часть 2. Органическая химия: учебник для СПО / Е. И. Тупикин. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Издательство Юрайт, 2019. — 197 с. — (Серия: Профессиональное образование).
3. https://promzn.ru/drugoe-proizvodstvo/tehnologiya-proizvodstva-spichek.html
4. http://www.tehnik.slotcar-dz.com/himiya/kak-delayut-spichki.html
5. http://900igr.net/kartinki/okruzhajuschij-mir/Izdelija-iz-spichek/011-Pravila-tekhniki-bezopasnosti.html
6. https://promzn.ru/drugoe-proizvodstvo/tehnologiya-proizvodstva-spichek.html

Приложение 1.

Приложение 2.