МБОУ Шарангская средняя
Общеобразовательная
школа
Проект
История спички
Выполнила: ученица 8 «а» класса
МБОУ Шарангской средней
школы
Крылатых Ирина
Руководитель: Домрачева Лидия Григорьевна,
учитель химии Шарангской средней школы
Шаранга, 2013 год
Содержание.
Введение………………………………………………………………………...3
Обоснование выбора проектной работы……………………………………...4
Предшественники современной
спички………………………………………5
Открытие фосфора……………………………………………………………..7
Этапы изучения фосфора………………………………………………………9
Усовершенствование спичек………………………………………………....11
Спички в России………………………………………………………………12
Изменение состава спичек………………………………………………...….14
Современная спичка……………………………………………………….….15
Виды современных спичек………………………………………………..….16
Заключение…………………………………………………………………….17
Литература…………………………………………………………………….17
Введение.
Использование огня и умение добывать его составляет одну из
отличительных особенностей человеческой культуры, даже на самых примитивных
ступенях ее развития.
Первый огонь был добыт человеком весьма примитивным способом - трением
двух кусочков дерева, причем древесная пыль и опилки нагревались настолько
сильно, что происходило их самовозгорание.
Древним людям также было известно еще несколько способов добывания огня:
сверление и высекание.
Способ сверления заключался в том, что твёрдый острый кусок дерева
вводился в отверстие в мягком дереве и руками приводился в движение при помощи
вращения. Кроме того, в отверстие клали трут гнилого дерева, который быстро
воспламенялся. Возгорание начиналось ещё быстрее, если деревянный стержень
приводился в движение при помощи тетивы лука.
Способ высекания же заключался в том, что человек, ударяя друг о друга
два камня, получали искры, которые зажигали ранее подготовленный трут.
Использовали в основном серный колчедан, разного рода кварц, кремень из-за их
особой твёрдости. Этот способ применялся вплоть до начала XX-го века по всей
Европе.
Древние греки и римляне знали еще один способ добывания огня. Они
добывали его при помощи солнечных лучей, сфокусированных линзой или вогнутым
зеркалом. Великий древнегреческий ученый Архимед ловко воспользовался этим
способом и поджег, как утверждает легенда, вражеский флот с помощью громадного
зеркала. Но этот способ получения огня малоприменим из-за весьма ограниченных
возможностей его использования, поскольку необходимо солнце.
Так человек добывал огонь многие тысячелетия. Если вдуматься в этот
простой факт, то можно увидеть, как сложен был каждый шаг человека на пути
прогресса.
На смену деревянным палочкам пришло знаменитое огниво. Это очень
простое устройство: куском стали или медным колчеданом ударяли о кремень и
высекали сноп искр, поджигая легковоспламеняющееся вещество.
Как это ни удивительно, но всего лишь 200 лет назад в России, да и во
всем мире стальное огниво и фитиль были практически единственными «спичками»
человека, сумевшего не только построить египетские пирамиды, но и создать
паровую машину Джеймса Уатта, первый пароход Роберта Фултона, ткацкие станки и
множество других великих изобретений, но только не спички. Труден и велик был к
ним путь, как и всякий путь в мир неизведанного еще человеком.
Обоснование выбора проектной работы.
В
повседневной жизни мы очень часто сталкиваемся с таким предметом как спичка.
Казалось бы, довольно примитивное изобретение, но довольно нужное. А как давно
ее изобрели? Кто ее изобрел? Из чего она состоит? Почему она зажигается лишь
тогда, когда ее трут о шероховатую поверхность, находящуюся на боковой части
спичечного коробка? А какие еще бывают спички? Мне захотелось побольше узнать о
спичке, о ее изобретателе и составе, и в этом проекте я отвечу на интересующие
меня вопросы.
Цель: Пополнить свои знания о таком предмете как спичка и свои знания в
области химии.
Задачи:
·
Изучить научную литературу;
·
Познакомиться с составом спички;
·
Узнать новые вещества и химические элементы, их
свойства.
Предшественники современной спички.
Зажигательный аппарат Дёберайнера
После 1700 г. было изобретено значительное количество средств для
получения огня, наиболее интересное из них - зажигательный аппарат Дёберайнера,
созданный в г. Иене в 1823 г.
Изобретатель аппарата использовал свойства гремучего газа
самовозгораться в присутствии мелко истолченной платины.
Реакция: 2H2 + O2 = 2H2O + 572,5 кДж
При поджигании гремучий газ сильно взрывается, но в присутствии
губчатой платины горит спокойнее.
Однако для широкого употребления такое устройство было малопригодным.
«Французская зажигательная машина»
После изобретения французским химиком Клодом Бертолле бертолетовой соли
(хлорат калия) его соотечественником Шанселем была создана так называемая «французская
зажигательная машина». Хлорат калия(KClO3) вместе с серой(S), смолой, сахаром(С12Н22О11) и
гуммиарабиком (смола акации, вязкое клеящее вещество) наносился на деревянную
палочку, и при соприкосновении с концентрированной серной кислотой(H2SO4)
происходило зажигание, иногда носившее взрывной характер.
Химическая спичка
Химик Вагеманн из Тюбингена использовал в 1806 году изобретение
Шанселя, но добавил к серной кислоте кусочки асбеста(Ca2Mg5Si8O22(OH)2)
для замедления процесса горения. Созданная им в Берлине фабрика была первым
крупным производством по изготовлению зажигательных устройств. В 1813 году в
Вене была зарегистрирована первая в Австро-Венгрии спичечная мануфактура «Mahliardа
и Wikа» по производству так называемых химических спичек. Подобными химическими
спичками пользовался Чарлз Дарвин, раскусывая с риском обжечься ампулу с
кислотой.
Сухие спички
В 1832 г. в Вене появились
сухие спички. Их изобрел Л. Тревани, он покрыл головку деревянной соломки
смесью бертолетовой соли с серой и клеем. Если такой спичкой провести по
наждачной бумаге, то головка ее воспламеняется. Но и в этом случае не все
оказалось благополучным, иногда головка воспламенялась со взрывом, и это
приводило к серьезным ожогам.
В своей работе я все ближе
приближаюсь к тому моменту, когда наконец-то впервые прозвучит слово «спичка». Здесь
мне следует перекинуть маленький мостик к фосфору и его первооткрывателю -
гамбургскому солдату, впоследствии купцу и алхимику Хеннигу Бранду. Новый
элемент фосфор оказался легковоспламеняемым при трении. Этим свойством и
воспользовались исследователи, создавая спички.
Открытие фосфора.
Древние фолианты сохранили
для нас отдельные эпизоды из жизни отставного солдата и гамбургского купца.
Звали его Хенниг Бранд (ок. 1630-?). Его купеческие дела шли не блестяще, и именно
по этой причине он сремился выбраться из нищеты. Она его ужасно угнетала. И
Бранд решил попытать счастья в алхимии. Тем более что в XVII в. в отличие от
нашего XX в. считалось вполне возможным найти «философский камень», который
способен превращать неблагородные металлы в золото.
Бранд провел уже множество
опытов с различными веществами, но ничего дельного у него не получалось.
Однажды он решил провести химический эксперимент с мочой. Выпарил ее почти
досуха и оставшийся светло-желтый осадок смешал с углем и песком, нагревая в
реторте без доступа воздуха. В результате Бранд получил новое вещество, которое
обладало удивительным свойством-светиться в темноте.
Счастливый ученый не
замедлил воспользоваться необычным свойством нового вещества и стал демонстрировать
светящийся фосфор знатным особам за довольно высокое вознаграждение. Все, что
соприкасалось с фосфором, приобретало способность светиться. Достаточно было
помазать фосфором пальцы, волосы или предметы, и они вспыхивали таинственным
голубовато-белым светом. Религиозно и мистически настроенные богатые люди того
времени диву давались, смотря на различные манипуляции Бранда с этим
«божественным» веществом. Он ловко использовал огромный интерес ученых и
широкой публики к фосфору и стал продавать его по цене, превосходившей даже
стоимость золота.
Бранд производил фосфор в
больших количествах и держал способ его получения в строжайшей тайне. Никто из
других алхимиков не мог проникнуть в его лабораторию, и поэтому многие из них
стали лихорадочно ставить различные опыты, стремясь раскрыть секрет
изготовления фосфора.
Известный немецкий химик
И. Кункель (1630-1703) посоветовал своему другу-коллеге И. Крафту уговорить X.
Бранда продать секрет получения фосфора. И. Крафту удалось склонить
первооткрывателя на эту сделку за 100 талеров', однако новый владелец секрета
получения «вечного огня» оказался корыстным человеком и, не сказав своему другу
И. Кункелю ни одного слова о приобретении рецепта, стал наживать огромные суммы
денег на демонстрациях фосфора публике.
Выдающийся немецкий
математик и философ Г. Лейбниц тоже не упустил случая и приобрел у X. Бранда
секрет производства фосфора.
Вскоре рецепт изготовления
«холодного огня» стал известен И. Кункелю и К. Кирхмейеру, а в 1680 г. секрет
получения фосфора был открыт в Англии знаменитым химиком Р. Бойлем. После
смерти Р. Бойля его ученик немец А. Ганквиц, улучшив методику получения
фосфора, наладил его производство и даже попытался изготовить первые спички. Он
снабжал фосфором научные учреждения Европы и отдельных лиц, желающих приобрести
его. Для расширения торговых связей А. Ганквиц посетил Голландию, Францию,
Италию и Германию, заключая новые договора на продажу фосфора. В Лондоне им
была основана фармацевтическая фирма, получившая широкую известность.
Любопытно, что А. Ганквиц, несмотря на свою длительную работу с фосфором и
весьма опасные опыты с ним, дожил до восьмидесятилетнего возраста. Он пережил
трех своих сыновей и всех тех, кто принимал участие в работах, относящихся к
ранней истории фосфора.
Цена на фосфор со времени
открытия его И. Кункелем и Р. Бойлем стала быстро падать, и в конце концов
наследники первооткрывателей стали знакомить с секретом получения фосфора всего
за 10 талеров.
Этапы изучения фосфора.
В истории химии с фосфором
связано много больших открытий. Однако лишь столетие спустя после обнаружения
фосфора он перешел из мира торговли и наживы в мир науки. Но только одно
событие за этот длительный период может быть отнесено к настоящей науке, и
связано оно с 1715 г., когда И. Генсинг открыл фосфор в мозговой ткани. Это
послужило позднее основанием для высказывания: «Без фосфора нет мысли».
Ю. Ган в 1769 г. нашел
фосфор в костях, а через два года знаменитый шведский химик показал, что кости
состоят главным образом из фосфата кальция, и предложил способ получения
фосфора из золы, образующейся при сжигании костей.
Ж. Пруст и М. Клапрот в
1788 г. доказали чрезвычайно большую распространенность в природе минералов,
содержащих фосфат кальция.
Исследователи установили,
что свечение фосфора происходит только в присутствии обыкновенного, т. е.
содержащего влагу, воздуха. Такое поведение фосфора обусловлено медленным его
окислением кислородом воздуха. При этом также образуется озон, придающий воздуху
своеобразную свежесть, хорошо знакомую нам в дни весенних гроз. Свечение
фосфора происходит без заметного его разогрева, и такая реакция называется
хемилюминесценцией. Она может наблюдаться не только при медленном окислении
фосфора, но и при некоторых других химических, а также биохимических процессах,
при которых происходит, например свечение светляков, гнилушек, океанического
планктона и т.д.
В начале 70-х годов XVIII
в. французский химик Антуан Лоран Лавуазье, проводя различные опыты по сжиганию
фосфора и других веществ в замкнутом сосуде, убедительно доказал, что фосфор -
простое тело. А воздух, по его мнению, имеет сложный состав и состоит в первую
очередь из двух компонентов-кислорода и азота.
На рубеже двух веков, в
1799 г., англичанин А. Дондональд обнаружил, что соединения фосфора необходимы
для нормального развития растительных организмов. Другой англичанин-Дж. Лооз в
1839 г. впервые получил суперфосфат - фосфорное удобрение, сыгравшее в
дальнейшем исключительно важную роль в повышении урожайности
сельскохозяйственных культур.
В России в 1797 г.
А.А.Мусин-Пушкин получил аллотропную разновидность фосфора - фиолетовый фосфор.
В 1848 г. австрийский химик
А. Шреттер открыл аллотропическое видоизменение фосфора - красный фосфор. Такой
фосфор он получил нагреванием белого фосфора до температуры около 250 °С в
атмосфере оксида углерода (IV). Интересно отметить, что Шреттер первым указал
на возможность применения красного фосфора при изготовлении спичек. В 1855 г.
на Всемирной Парижской выставке демонстрировался красный фосфор, полученный уже
в заводских условиях.
Известный американский
физик П. Бриджен в 1917 г., нагревая фосфор до 200 °С под давлением около 1,27
ГПа, получил новую аллотропическую модификацию - черный фосфор. Подобно
красному фосфору, последний не воспламеняется на воздухе.
Потребовались, таким
образом, многие десятилетия для исследования физических и химических свойств
фосфора и открытия его новых аллотропических модификаций. Изучение фосфора дало
возможность выяснить, какую роль он играет в жизнедеятельности растений и
животных. Фосфор обнаружен буквально во всех частях зеленых растений, которые
не только накапливают его для своих нужд, но и снабжают им животных. Это один
из этапов круговорота фосфора в природе.
Усовершенствование спичек.
Пути дальнейшего
усовершенствования спичек были предельно ясны: надо сделать такой состав смеси
для - спичечной головки, чтобы она загоралась спокойно. Вскоре проблема была
решена. В новый состав входили бертолетова соль, белый фосфор и клей. Спички с
таким покрытием легко воспламенялись при трении о любую твердую поверхность, о
стекло, о подошву обуви, о кусок дерева.
Изобретателем первых
фосфорных спичек оказался девятнадцатилетний француз Шарль Сориа. В 1831 г.
юный экспериментатор к смеси бертолетовой соли с серой для ослабления ее
взрывчатых свойств добавил белый фосфор. Эта идея оказалась на редкость
удачной, поскольку смазанные полученным составом лучинки легко загорались при
трении. Температура воспламенения таких спичек сравнительно небольшая - 30 °С.
Молодой Ш. Сориа попытался
получить патент на свое изобретение, но, к сожалению, это оказалось сделать
гораздо сложнее, чем создать первые фосфорные спички. За патент нужно было
внести слишком крупную сумму, а таких денег Ш. Сориа не имел. Спустя год
фосфорные спички были созданы вновь немецким химиком Я. Каммерером.
Итак, завершился долгий
путь утробного созревания первой спички и она родилась сразу в руках нескольких
изобретателей. Однако судьбе было угодно вручить лавры первенства в этом
открытии Якобу Фридриху Каммереру (1796-1857), а 1832 год сохранить для
потомков как год рождения спичек, крупнейшего открытия XIX в., сыгравшего
важную роль в истории развития человеческой культуры.
Лавры первооткрывателей
спичек стремились получить многие, но история сохранила для нас из всех
претендентов имя Я. Каммерера.
Спички в России.
В Россию первые фосфорные
спички были привезены из Гамбурга в 1836 г. и продавались по очень дорогой цене
- один рубль серебром за сотню.
Имеются предположения, что
наш великий поэт А. С. Пушкин в последний год своей жизни пользовался такими
фосфорными спичками, работая при свечах долгими зимними вечерами.
Молодежь Петербурга не
замедлила, конечно, щегольнуть фосфорными спичками на балах и в модных салонах,
стремясь ни в чем не уступать Западной Европе.
Прошло более 150 лет с тех
пор, как жители государства Российского получили первые отечественные спички и,
поняв важность этого изобретения, весьма быстро развернули спичечное
производство.
Первая отечественная
фабрика по производству спичек была построена в Петербурге в 1837 г.
В 1842 г. в одной
Петербургской губернии существовало 9 спичечных фабрик, ежедневно производивших
10 млн. штук спичек. Цена на спички резко снизилась и не превышала 3-5 коп.
медью за 100 штук.
Способ изготовления спичек
оказался настолько прост, что в России к середине XIX в. он стал носить
характер кустарного промысла. Так, в 1843-1844 гг. было обнаружено, что спички
в значительном количестве изготавливаются в домашних условиях. Их производили в
самых отдаленных уголках России предприим¬чивые крестьяне, укрываясь таким образом
от налогов.
Однако легкая
воспламеняемость фосфора привела к большим пожарам. Многие села и деревни
выгорали буквально дотла.
Виновником этих бедствий
оказался белый фосфор, способный легко воспламеняться. При перевозке спички
нередко загорались от трения. На пути спичечных обозов полыхали грандиозные
пожары, и обезумевшие лошади с горящими повозками приносили немало бед.
В 1848 г. последовал
высочайший императорский указ, подписанный Николаем I, допускавший изготовление
зажигательных спичек только в столицах, причем спички должны были упаковываться
в жестяные банки по 1000 штук. Далее в указе говорилось: «Обратить особое
внимание на чрезвычайное распространение употребления зажигательных спичек,
усмотреть изволили, что при случившихся в текущем году пожарах, потребивших в
одних городах более на 12000000 рублей. серебром обывательских имуществ,
поджигатели весьма часто совершали свое преступление посредством спичек».
Кроме того, белый фосфор-
одно из самых ядовитых веществ.
Поэтому работа на спичечных
фабриках сопровождалась серьезным заболеванием, получившим название фосфорного
некроза, поражающего челюсти, т.е. омертвения клеток, а также сильного
воспаления и кровоточения десен.
С расширением производства
росли случаи серьезных отравлений среди рабочих. Несчастные случаи приняли
столь катастрофические формы, что в России уже в 1862 г. было издано
распоряжение об ограничении продажи белого фосфора.
Фосфор стали продавать
только по специальным разрешениям местной полиции.
Спичечные фабрики должны
были выплачивать крупные налоги, и число предприятий стало сокращаться. Но
потребность в спичках не уменьшалась, а, наоборот, росла. Появились различные
кустарные спички, которые распространялись нелегально. Все это привело к тому,
что в 1869 г. был издан новый указ, разрешающий «повсеместно, как в Империи,
так и в царстве Польском: производить выделку фосфорных спичек в продажу их без
особых ограничений ...».
Изменение состава спичек.
Во второй половине XIX в.
очень остро встала проблема замены белого фосфора. Правительства многих
государств пришли к выводу, что изготовление спичек, содержащих белый фосфор,
приносит больше убытка, чем дохода. В большинстве стран производство таких
спичек было запрещено законом.
Но выход был найден,
сравнительно быстро оказалось возможным заменить белый фосфор на красный,
открытый в 1848 г. В отличие от белого эта разновидность фосфора совершенно
безвредна. Красный фосфор ввели в состав спичечной массы. Но ожидания не
оправдались. Спички загорались очень плохо. Они не находили сбыта. Фабриканты,
которые начали было изготовление, разорились. К середине XIX столетия было
сделано множество выдающихся изобретений, а изготовление обыкновенной спички
никак не могло найти удовлетворительного решения.
Проблема была решена в 1855
г. в Швеции. Безопасные спички в этом же году были представлены на
Международной выставке в Париже и получили золотую медаль. С этого момента так
называемые шведские спички начали свое триумфальное шествие по всему миру. Их
главная особенность состояла в том, что они не воспламенялись при трении о
любую твердую поверхность. Шведская спичка зажигалась только в том случае, если
ее потереть о боковую поверхность коробки, покрытую специальной массой.
Таким образом, «безопасный
огонь» в шведских спичках рождался великолепным союзом силы трения и химической
реакции.
Современная спичка.
Масса спичечной головки на
60% состоит из бертолетовой соли(KClO3), а также из горючих веществ-серы(S) или каких-нибудь сульфидов металлов, например сульфида сурьмы (Sb2S3
или Sb2S5). Чтобы воспламенение головки происходило
медленно и равномерно, без взрыва, к массе добавляют так называемые наполнители
- стеклянный порошок, оксид железа (III) и т.д. Связующим материалом служит
клей. Бертолетову соль можно заменять веществами, в большом количестве
содержащими кислород, например бихроматом калия(K2Cr2O7).
А из чего состоит намазка
шкурки? Здесь основной компонент - красный фосфор. К нему добавляют оксид
марганца (IV), толченое стекло и клей.
Посмотрим теперь, какие же
процессы происходят при зажигании спички.
При трении головки о шкурку
в точке их соприкосновения красный фосфор загорается благодаря кислороду
бертолетовой соли. Образно говоря, огонь первоначально рождается в шкурке. Он и
поджигает головку спички. В ней вспыхивает сера или сульфид сурьмы (III) опять
же за счет кислорода бертолетовой соли. А уже затем загорается дерево.
Ныне известно множество
рецептов составов головки и намазки. Неизменными компонентами являются лишь
бертолетова соль и красный фосфор.
Но ведь необходимый элемент
спички-это ее деревянная часть, или спичечная соломка. Способы ее изготовления
также имеют длительную историю. Для примитивных макальных спичек лучину вручную
нарезали ножом. Теперь на спичечных фабриках работают хитроумные машины.
Наиболее подходящее дерево для изготовления спичечной соломки-осина. Осиновый
кряж сначала ошкуривают и тщательно очищают. Из бревна на специальных машинах
нарезается тонкое деревянное полотно. Затем оно расщепляется на длинные тонкие
прутки. Эти прутки уже в другой машине превращаются в спичечную соломку. Далее
соломка поступает в автоматы, где на ее конец наносится спичечная масса. Наряду
с этим спичечную соломку обычно подвергают специальной обработке, чтобы
предотвратить, например, отсыревание.
Современные
спичкоделательные Мишины производят сотни миллионов спичек в день.
Виды современных спичек.
С расширением производства
совершенствуется технология, осваиваются новые виды спичек, выпускаются
охотничьи, штормовые, газовые и сувенирные спички в наборах, красочные этикетки
которых отражают наиболее знаменательные события в жизни нашей страны.
Охотничьи спички отличаются
от простых тем, что, кроме обычной
головки и соломки, у них
имеется дополнительная обмазка ниже головки. Дополнительная зажигательная масса
делает спичку долгогорящей с большим жарким пламенем. Горит она около 10 с,
тогда как простая спичка всего 2-3 с. Такие спички дают возможность разжечь
костер в любую погоду.
Не менее любопытны и
штормовые спички. Они не имеют головки, но обмазка «тела» у них значительно
толще, чем у охотничьих спичек. Зажигательная масса их содержит много
бертолетовой соли, поэтому способность к воспламенению, т.е. чувствительность,
таких спичек очень высока. Они горят не менее 10 с в любых метеорологических
условиях, даже в штормовую погоду при 12 баллах. Такие спички особенно нужны
рыбакам и морякам.
Газовые спички отличаются
от обычных тем, что палочка у них длиннее. Сейчас выпускаются спички с соломкой
в 70 мм. Такой спичкой можно зажечь сразу несколько конфорок.
Добавление в зажигательную
массу некоторых солей дает возможность получить цветной огонь: красный,
розовый, синий, зеленый, фиолетовый.
В настоящее время в Германии
фирмой «Райфенхойзер» для изготовления спичечных коробков и спичек используется
полистирол, а во Франции начали изготавливать восковые спички, т. е. в создании
обыкновенной спички последнее слово еще далеко не сказано.
Заключение.
В процессе работы над
проектом я узнала много нового из области химии и о спичках. Я узнала об
открытии фосфора и об ученых, пытавшимся открыть его. Я даже не могла
предположить, что, на первый взгляд довольно незамысловатый предмет, мог изобретаться
на протяжении такого долгого времени.
Литература.
В своей работе я
использовала ресурсы интернета.
·
http://www.alhimikov.net/index.html
·
http://bffwd.livejournal.com/9461.html
·
http://whoyougle.ru/texts/matches-history
·
http://match.tomsk.ru/articles/38-zazhigatelnye-mashiny.html
·
http://www.ximuk.ru/
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.