Огонь без спичек

Одна из самых приятных вещей в летнем путешествии — вечерний костер. Как и наши древние предки, мы любим сидеть в его сиянии, греться в жару пламени и есть блюда, испеченные на огне. Благодаря управлению огнем человек впервые ощутил безопасность и власть над живой природой. Цивилизация началась с огня.

Как и я химия началась с огня. Именно благодаря ему стали возможны его первые практические применения — выплавка металлов из руд, производство стекла и керамики.. Печь для нагрева веществ была сердцем каждой алхимической мастерской, и даже сегодня, несмотря на возрастающую популярность электрического и микроволнового нагрева, трудно представить химическую лабораторию без газовых горелок (1).

Огонь в глазах химика

Конечно, вышеприведенный подзаголовок не о восторженном взгляде экспериментатора, когда ему удается быть особенно эффективным, а о научном взгляде на главного героя сегодняшней статьи. Огонь — это эффект быстрого бега процесс окислениячто сопровождается выбросом значительных сумм и. Он нужен для окисления. окислитель — обычно кислород, но, например, фтор и хлор настолько активны, что также вызывают реакции, визуально похожие на горение.

Кроме окислителя, он также принимает участие в реакции вещество, способное окисляться. Однако этого еще недостаточно. Для начала реакции необходимо еще выделить определенное количество энергии, т. н. энергия активации. Именно благодаря ему они начинают реагировать друг с другом, выделяющееся тепло стимулирует следующие молекулы, следующие и т. д. Реакция начинает протекать все быстрее и быстрее, иногда приводя к взрыву.

Так что помните о трех факторах, необходимых для возникновения пожара: кислороде, горючем веществе и инициаторе реакции.

Например, смесь водорода и кислорода — одна из самых взрывоопасных, но она может храниться годами без малейших признаков реакции. Но достаточно небольшой искры, чтобы он взорвался.

С незапамятных времен известно, что для поддержания огня необходим воздух. Однако ограниченное его количество позволяло курить только в течение определенного периода времени. Это наблюдение предполагало присутствие в воздухе некоторого количества антипирена, который, кроме того, был израсходован во время процесса. Сегодня мы знаем, что он заслужил это, открыв свою роль. Польский алхимик Михал Сендзивой (см.: «Тайны кислорода», МТ №7-8/2017).

Однако другое наблюдение почти на столетие сбило теорию горения с пути. Замечено, что остаток после сжигания органики и угля весит намного меньше топлива, поэтому они должны терять какую-то составляющую. В конце XNUMX века он был назван в его честь. флогистонем (от греческого phlogistos = горючий) и считалось любым горючим телом. При горении он должен был переходить в воздух, а при насыщении флогистоном огонь гасился. регенерировали с участием растений (идея была не совсем ошибочной). Процесс горения просто означал переход флогистона из одного вещества в другое.

Например: металл, нагретый на воздухе, выделяет флогистон и превращается в негорючую землю (так тогда называли оксид этого металла). А когда землю (например, металлическую руду) нагревали углеродом, содержащим много флогистона, этот фактор переходил от углерода к снова чистому металлу.

Теория казалась логичной и объясняла многие явления — например, ржавчиной считали медленно горящую. Однако широкое использование весов в лабораториях химиков XNUMX века поставило под сомнение их основы. Оказалось, что полученная земля весит больше, чем металл, из которого она была сделана. В свою очередь, в отрицательную массу флогистона в те времена никто не верил.

Только когда в массовый баланс субстратов и продуктов также включили (пока что ускользали от внимания исследователей), все стало ясно. Горение — это не потеря флогистона, а соединение веществ с кислородом. Она началась с объяснения процесса горения в конце XNUMX века.

Нет совпадений

Спичкам в том виде, в каком мы их знаем, меньше двухсот лет, но человек смог зажечь огонь много тысяч лет назад. Первоначально речь шла только об использовании огня, который естественным образом возникает из пожаров, вызванных ударами молнии. Постепенно люди научились удерживать полученное таким образом пламя, хотя оно всегда находилось под угрозой угасания, а молнии не били по команде. Умение стало необходимостью развести огонь самостоятельно.

находился в воздухе, также всегда находилось какое-то легковоспламеняющееся вещество, требовалось только возгорание, а точнее — локальное повышение температуры выше температуры вспышки. Впервые было замечено, что это можно сделать, потирая, например, два куска дерева. До сих пор первобытные племена зажигают таким образом костер, а работа облегчается так называемыми огненная дуга.

В тетиву лука вставлен деревянный стержень. Один конец штанги держат в руке, а другой вращается в углублении доски. Быстрые движения дуги заставляют планку вращаться и создают в углублении высокую температуру, достаточную затем для прикосновения, например, к засохшей траве. Огненный лук также используется в современном выживании (2).

Первые пользователи каменных орудий заметили, что некоторые из них они искрятся при ударе. Поэтому на протяжении тысячелетий огонь разжигали, ударяя по пириту куском кремня. После выплавки железа произошел прорыв в высекании огня. Удар железным стержнем по кремню вызывал искры, которые, попадая на правильно приготовленную растопку, зажигали пламя. С тех пор в течение столетий люди носили в мешочке, прикрепленном к поясу, три вещи: кремень, железный кремень и трут, который воспламенялся кремневыми искрами (название происходит от растущего на деревьях гриба, мякоть которого сушат; но использовались и другие вещества, например, сухой мох). Tinder все еще используется сегодня, например, в вышеупомянутом выживании (3).

3. Наверху — старинный огнеметный набор: кремень, железный трут и трут. Внизу — его современный аналог

(фото: Wikimedia/Toyah, Wikimedia/KEN).

В других методах используется тепло комков. Солнечный свет. Чтобы разжечь огонь, все, что вам нужно сделать, это терпеливо держать объектив — в прошлом использовались рыбьи блистеры, наполненные водой. Можно попробовать пластиковой бутылкой или пакетом, но в нашем климате он не всегда светится с достаточной силой и небо может затянуться облаками. В следующей главе вы найдете более надежный способ.

Химик справится

Обычно мы зажигаем огонь спичками или зажигалкой. Но что делать, когда промокли первые, а среди отдыхающих нет курильщиков? В дополнение к физическим методам, рассмотренным в предыдущей главе, у химиков также есть свои способы их воспламенения. До того, как спички стали обычным явлением, использовались «химические зажигалки», но они были неудобны в использовании и требовали не очень безопасных реагентов. Популярный в начале XNUMX века зажигалка доберейнер он использовал факт самовоспламенения водорода (полученного при реакции серной кислоты с цинком) по (4).

4. Зажигалка Доберейнер. Стеклянный сосуд (а) содержит серную кислоту и бездонную бутыль (б). В бутылке на проволоке (с) висит кусочек цинка (d). Баллон наполнен газом, и кислота не может попасть внутрь. Когда клапан (e) поднят, газ проходит через сопло (f). Кислота попадает в бутылку и вступает в реакцию с цинком с выделением водорода. Выходящий газ воспламеняется на платиновом катализаторе (ж). Когда клапан закрыт, давление газа выталкивает кислоту из бутылки, и выделение водорода прекращается.

Известны воспламеняющие вещества. Однако многие из них легко выходят из-под контроля или требуют использования высококоррозионных или токсичных реагентов. Поэтому будем использовать дешевые, легкодоступные и — главное — безопасные реагенты, соблюдая при этом обычные санитарно-гигиенические правила обращения с химическими веществами (они мало чем отличаются, например, от тех, что применяются в случае использования бытовых чистящих средств) .

Внимание! Тем не менее, делайте свои первые попытки вдали от легковоспламеняющихся предметов (желательно на открытом воздухе) и имейте под рукой огнетушащие вещества (например, песок), если реакция выйдет из-под контроля. Также не забывайте защищать глаза и кожу рук.

Вам понадобится манганат калия KMnO (VII)₄, широко известный как перманганат или «кали». Вы можете легко получить его в аптеке или аптеке, где он продается как дезинфицирующее средство. Избегайте окрашивания рук или одежды темно-фиолетовыми кристаллами этого соединения, так как быстро образуются трудноудаляемые коричневые пятна. В лабораториях и медицинских целях используются окисляющие свойства перманганата. Когда вы находитесь в аптеке или аптеке, также запаситесь глицерином (глицерином). Этот неядовитый используется, среди прочего, в для ухода за кожей.

Время для суда.

Кристаллы перманганата растолочь в ступке до состояния порошка и высыпать в фарфоровый испаритель, поставленный на негорючую поверхность. Добавьте несколько капель глицерина на поверхность порошка. Вскоре вы заметите белый дым, а затем пламя, которое зажжет лист бумаги. Когда пламя погаснет, остаток еще какое-то время будет светиться (вы можете добавить глицерин или два, чтобы повторить тест). Если у вас проблемы с зажиганием, смочите поверхность марганцовки каплей воды (но только одной!). Усталость KMnO₄ порох воспламенится быстрее, но реакция выйдет с более крупными кристаллами (5).

5. Просто капните каплю глицерина на порошок марганцовки, чтобы появилось пламя.

Так что в поход возьмите натертую марганцовку в пакет из фольги с завязкой (или другую герметичную емкость) и пластиковую бутылку с глицерином. Если вы хотите разжечь огонь, положите конус KMnO на лист бумаги.₄ и налейте немного глицерина.

Второй способ также требует использования перманганата калия, но также понадобится концентрированный раствор серной кислоты (VI) H2SO₄ (в этом случае обязательно защитите глаза и кожу). Используйте ацетон или средство для удаления краски как легковоспламеняющееся вещество. (например, салфетку) смочите немного ацетона. Окуните конец стеклянной палочки в раствор серной кислоты, а затем поместите его в контейнер с KMnO.₄ — чтобы несколько составных кристаллов слиплись. Если дотронуться до кончика бумажного багета, он через некоторое время загорится. Однако я рекомендую вам первый способ как более безопасный (6).

6. Смочите одноразовую салфетку ацетоном и протрите багет небольшим количеством марганцовки и серной кислоты.

Следовательно: сильный окислитель (KMnO₄; во втором случае реакция ускоряется добавлением сильной кислоты) + легковоспламеняющееся вещество (глицерин или ацетон) = огонь. Даже без спичек химик справится и разожжет костер.

Горит огонь…

… но не в лесу, потому что это может закончиться тяжелым билетом (не говоря уже о возникновении пожара). На некоторых лесных стоянках есть места для костра, специально подготовленные лесными службами. Мы также можем разжечь костер на своей территории или в кемпинге, но не менее чем в 100 метрах от леса. Всегда следите за тем, чтобы поблизости не было легковоспламеняющихся предметов и не оставляйте огонь без присмотра. После копчения остатки следует залить водой или засыпать песком.