Юрий Кукушкин - Химия вокруг нас
По количеству кислорода, выделяемого на одну массовую часть, хромпик K2Cr2O7 уступает бертолетовой соли KClO3, но зажигательные составы, содержащие первый окислитель, воспламеняются значительно легче. Кроме того, хромпик улучшает качество шлака.
Повышенная кислотность зажигательной массы нежелательна, так как она способствует протеканию побочных химических процессов. Поэтому в нее добавляют оксид цинка и мел.
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°C, а температура их воспламенения лежит в пределах 180...200°C.
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 (III) Sb2S3, железный сурик Fe2O3, пиролюзит MnO2, мел CaCO3, клей.
Считают, что при трении головки о фосфорные намазки тепловой импульс направлен в основном не на нагревание зажигательной массы до температуры воспламенения, а на сублимацию (возгонку) красного фосфора. В результате сублимации красного фосфора образуется белый, который легко взаимодействует с кислородом воздуха с выделением большого количества теплоты.
Одним из важных показателей качества спичек является легкость воспламенения головки спички о терку. Этот показатель называют чуткостью спичек. Она должна находиться в определенных пределах. Спички с очень высокой чуткостью способны воспламеняться при трении о неактивные шероховатые поверхности и потому не отвечают требованиям безопасности. При транспортировке таких спичек возможно самопроизвольное воспламенение. Опытом установлено, что чувствительность спичек зависит от соотношения окислителей и восстановителей в зажигательной смеси и от состава намазной массы терки. Температура воспламенения зажигательной массы имеет меньшее значение, чем головки.
При многих недостатках спички, содержащие в головке белый фосфор, имели одно большое достоинство — они легко зажигались при трении о любую шероховатую поверхность. Это свойство удалось сообщить обычным спичкам введением в их головку трисульфида тетра-фосфора P4S3. Специалисты называют такие спички сесквисульфидными или сокращенно сесквиспичками. Особым сортом спичек являются ветровые. Они позволяют использовать пламя при силе ветра в 10...12 баллов. Длительность горения таких спичек равна 5...10 с. В отличие от обычных спичек у ветровых удлиненная форма головки (10...12 мм). Для продления времени горения в состав головки вводят крахмал. Для усиления ветроустойчивости спичек (до 12 баллов) в состав головки вводят нафталин.
При изготовлении влагоупорных спичек их головки покрывают нитроцеллюлозной пленкой.
Подсчитано, что мировое производство спичек составляет 30 млрд коробок в год. На одну коробку расходуется около 1 г спичечной массы. Следовательно, расход спичечной массы в мировом масштабе составляет десятки тысяч тонн в год.
Следует отметить, что реакция, протекающая при сгорании головки спички, — это один из наиболее бурных химических процессов. В больших масштабах она является и одной из наиболее опасных. Поэтому производство спички (которая хотя и называется безопасной) требует к себе уважительного отношения.
После прочтения этого материала, возможно, вы, уважаемый читатель, беря в руки обыкновенную спичку, будете относиться к ней с большим почтением, чем до сих пор. Ведь в ней сосредоточена не только большая энергия, но и опыт многих поколений и труд многих людей.
Бумага и карандаши
Без преувеличения можно сказать, что каждый человек ежедневно и в большом количестве использует бумагу или изделия из нее. Неоценима роль бумаги в истории культуры. Письменная история человечества насчитывает около шести тысячелетий и началась до изобретения бумаги. Вначале для этой цели служили глиняная пластинка и камень. Однако без бумаги вряд ли письменность — важнейшее средство общения людей — получила бы такое развитие. Письмо, являясь знаковой системой фиксации речи, позволяет сохранять ее во времени и передавать на расстояния. Даже при широчайшем распространении радио, телевидения и магнитофонных записей, а также памяти электронно-вычислительных машин бумага как средство хранения информации и культурных ценностей человечества не перестает и по сей день играть своей неоценимой роли.
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.
В Россию из Европы бумага была завезена в XIV столетии. До этого времени все книги и документы писались на пергаменте. Первое бумажное производство в Московском государстве было налажено в 1550 г., а широкое развитие получило при Петре Первом.
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.
Пергамент получил свое название от города Пергамон в Малой Азии. Жители этого города улучшили качество в расширили производство пергамента до такой степени, что в тех краях рано прекратили вырабатывать и использовать папирус.
В третьем столетии до н.э. в Китае начали применять для письма шелковые ленты. В качестве сырья для чих брали использованный шелковый текстиль и отходы, получающиеся при изготовлении шелка. Это сырье дробили деревянными палицами в каменных ступах. Волокнистую суспензию разбавляли водой и заливали в форму. В форму вставляли сетку, изготовленную из волокон бамбука в виде рогожки. На этой сетке оседали волокна шелка и образовывался сплошной слой. Слой снимали и высушивали на наклонных деревянных или глиняных пластинах. Далее шелковая бумага проклеивалась крахмальным клейстером.
Во втором столетии до н.э. в Вавилоне, Халдее и Китае в качестве материала для письма начали использовать черепки из обожженной глины, а также куски дерева и небольшие дощечки из бамбука. В Индии применяли для письма листья определенных растений, например листья некоторых пальм. В России, в частности в Новгороде, для письма широко использовалась кора березы — береста.
Бумага — это материал, состоящий из размолотых растительных волокон, беспорядочно переплетенных и связанных между собой силами поверхностного сцепления. Основным сырьем для производства бумаги является целлюлоза, которая в виде волокон составляет основную часть стенок большинства растительных клеток. Главным источником получения целлюлозы служит древесина. Для производства бумаги предпочтительной является древесина хвойных пород по сравнению с древесиной лиственных пород. Прочность бумаги из хвойной целлюлозы обычно в 1,3...2 раза выше, чем из лиственной целлюлозы.
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 Ca(HSO3)2, H2SO3 и SO2. В результате лигнин сульфонируется (превращается в сульфопроизводные), становится растворимым в воде и переходит в раствор, а целлюлоза остается в виде твердой массы. После завершения варки целлюлозу тщательно промывают, на что расходуется большое количество воды. Поэтому заводы по производству целлюлозы строят на берегах рек или больших озер.
