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火柴的發(fā)明科普知識
火柴是根據(jù)物體摩擦生熱的原理，利用強氧化劑和還原劑的化學(xué)活性，制造出的一種能摩擦發(fā)火的取火工具。下面是小編為大家整理的火柴的發(fā)明科普知識，僅供參考，歡迎閱讀。
學(xué)會取火是人類文明的重大進步。過去人們的取火方法大體有四種：磨擦法、打擊法、壓榨法和光學(xué)發(fā)火法。這當中，最早出現(xiàn)的是磨擦發(fā)火和打擊發(fā)火法。中國古代傳說中有燧人氏教人鉆木取火的故事，所謂鉆木取火，就是用一根木棒立在另一塊木塊上用力旋轉(zhuǎn)，使它磨擦生熱而發(fā)火的做法。
在太古時代，主要是用燧石互相打擊而取火。到有了鋼鐵之后，人們便改用鐵塊和打火石碰撞的取火法了。
比較科學(xué)的取火方法是18世紀末在羅馬出現(xiàn)的。那時有人用一根一米多長的大木棒，在其頂端涂上濃氯酸鉀、糖和樹膠的混合物，當人們要使用火時，就把大棒的頂端伸進一個盛有硫酸溶液的器皿里，使二者相遇發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而燃燒。這便是火柴的雛形。
1827年，英國化學(xué)家約翰·沃克發(fā)明了與現(xiàn)代火柴相近似的引火棍。而這個發(fā)明也是很偶然的。有一天，沃克正在集中精力試制一種槍上用的發(fā)火藥。方法是把金屬銻和鉀堿混合在一起，然后用一根棍攪拌。這樣，棍的一端便粘上了金屬銻和鉀堿的混合物。后來，他想把粘在木棍上的混合物在地上磨掉，以便再利用這根棍來攪拌新配的混合物。然而，正當他把木棍在地上使勁磨擦?xí)r，突然“撲”的一聲冒出了火苗，木棍燃燒起來了。
這個發(fā)現(xiàn)使沃克非常高興。他想：如果能利用自己發(fā)現(xiàn)的辦法制造引火物，那對人們?nèi)』饘⑹嵌嗝捶奖惆�！于是，他開始參照自己發(fā)現(xiàn)的辦法研制火柴了。1827年4月7日，約翰·沃克制作的第一盒火柴出售了。他的火柴84根為一盒，售價一先令�；鸩窈械囊欢速N有一小片砂紙，把火柴頭夾在砂紙中間，向外一拉，火柴便點燃了。從此，火柴便在全世界得到了普及。
1830年又出現(xiàn)了黃磷火柴，這種火柴一經(jīng)磨擦即可引燃，但容易出危險，而且它的煙有毒。1835年，又有人發(fā)明了安全無害的赤磷火柴。到1848年，德國人又發(fā)明了今天通用的安全火柴�；鸩竦陌l(fā)明，為人類用火提供了極大的方便。
發(fā)展歷程
《資治通鑒》中記載：“陳宣帝太建九年，齊后妃貧苦，至以賣燭為業(yè)�！痹┟鞒鯇W(xué)者陶宗儀的《輟耕錄》中的《發(fā)燭》條說：“杭人削松木為小片，其薄如紙，熔硫磺涂木片頂端分許，名曰發(fā)燭，又曰粹兒，蓋以發(fā)火及代燈燭用也。史載周建德六年，齊后妃貧者以發(fā)燭為生，豈即杭人之所制矣�！蔽闹械陌l(fā)燭就是原始的火柴。
北宋人陶谷的《清異錄》說：“夜有急，苦于作燈之緩。有智者，批杉條染硫磺，置之待用，一與火遇，得焰穗然。既神之，呼引光奴。今遂有貨者，易名火寸�！边@是說當時民間百姓非常流行用一種涂上硫磺的杉木條引火，這也說明了原始的火柴，應(yīng)該是在《清異錄》成書年代之前就已經(jīng)發(fā)明，也就是公元950年前。據(jù)一則重要史料記載：“漢淮南王招致方術(shù)之士，延八公等撰《鴻寶萬畢方》，法燭是其一也，余非民所急，故不行于世，然則法燭之起，自劉安始也�！边@里的法燭就是后來說的發(fā)燭，都是火柴的前身。按照高承的記述，我們可得知，原始的火柴是在公元2世紀，由早期的煉丹家所發(fā)明的。我們也知道硫磺是煉丹家的主要藥物，所以說他們發(fā)明原始火柴更加合理。
但根據(jù)記載當前認為最早的火柴是在公元577年發(fā)明的，當時是南北朝時期，戰(zhàn)事四起，北齊腹背受敵，物資短缺，尤其是缺少火種，做飯都成問題。當時后妃和一班宮女將硫磺沾在小木棒上，借助于火種或火刀火石，能很方便地把“陰火”引發(fā)為“陽火”。這可視為當前記載中原始的火柴。到了南宋時期，杭州的大小街道上，已經(jīng)到處都有出售火柴的小販。陶宗儀《輟耕錄》載：“杭人削松木為小片，其薄如紙，鎔磺涂木片頂分許，名曰發(fā)燭，又曰焠兒。蓋以發(fā)火及代燭也”。950年前后，陶谷在《清異錄》一書中提到，夜里有急事而又要花不少時間做燈。有一位聰明人用松木條浸染硫磺，貯存起來備用。與火一接觸，就會燃燒起來�？傻眯』鹧嫒缤人�。這種神奇之物，當時稱為引光奴。后來，它成為商品時，便更名為火寸條�？烧f這已經(jīng)是早期的火柴了，但當時朝廷沒有注意和重視。
在歐洲，火柴出現(xiàn)于古羅馬時期。當時一些小販，將木柴浸泡在硫磺中出售。這種被浸泡在硫磺中的木柴本身并不起火，而是可以用來引火。人們用鐵塊撞擊火石，讓濺出的火星落在這些木柴上，就能獲得火種。到了中世紀時期，歐洲人又用蘆葦取代了木柴，成為引火的材料。歐洲最早的火柴也是用硫磺制成的，許多研究者認為，這項發(fā)明很可能是由歐洲旅游者直接從中國帶回的。馬可波羅時期，中國早期的火柴技術(shù)傳入歐洲，后來歐洲人就在這個基礎(chǔ)上不斷改進一度被中國人稱為“洋火”的火柴。
1669年，德國人H.布蘭德提煉出了黃磷。人們利用黃磷極易氧化發(fā)火這一特性，在小木棒一端沾上硫磺，然后再沾黃磷而發(fā)光。
1805年，法國人錢斯爾將氯酸鉀和糖用樹膠粘在小木棒上，浸沾硫酸而發(fā)火。
1816年，法國巴黎的F.德魯森制成了黃磷火柴，1828年，英國倫敦的S. 瓊斯制成了普魯米辛火柴，接著巴黎人G. E. 梅凱爾和奧地利人J.西格爾等人發(fā)明了無磷火柴。為了增加火柴的穩(wěn)定性和易燃性，法國人C.索利亞利用白磷和黃磷作為配方，于1831年革新了火柴配方的設(shè)計。
“洋火”借著摩擦生火，而發(fā)明這種火柴的人是英國的沃克，他在1826年利用樹膠和水制成了膏狀的硫化銻和氯化鉀，涂在火柴梗上并夾在砂紙上拉動便產(chǎn)生火。他把氯酸鉀和三硫化銻用樹膠粘在小木棒端部作藥頭，裝在盒內(nèi)，盒側(cè)面粘有砂紙。手持小木棒將藥頭在砂紙上用力擦劃，能發(fā)火燃燒。這是最早具有實用價值的火柴。
劇烈燃燒的瞬間
1830年，法國的索利亞和德國的坎默洛對火柴進行了革新，用黃磷、硫磺和氯酸鉀混合原料制成現(xiàn)代的火柴。1831年，法國人C.索里亞以黃磷代替三硫化銻摻入藥頭中，制成黃磷火柴。這種火柴使用方便，但發(fā)火太靈敏，容易引起火災(zāi)，而且在制造和使用過程中，因黃磷有劇毒，嚴重危害人們的健康。
1845年，奧地利化學(xué)家A.施勒特爾研制出赤磷（也稱紅磷），它是黃磷的同素異形體，采用赤磷作為火柴頭，性能比較穩(wěn)定，且無毒。1855年，瑞典人J.E.倫德斯特倫創(chuàng)制出一種新型火柴，它是將氯酸鉀和硫磺等混合物粘在火柴梗上，而將赤磷藥料涂在火柴盒側(cè)面。使用時，將火柴藥頭在磷層上輕輕擦劃，即能發(fā)火。由于把強氧化劑和強還原劑分開，大大增強了生產(chǎn)和使用中的安全性，稱之為安全火柴，應(yīng)用廣泛。
1898年，法國人H.塞弗納和E.D.卡昂以三硫化四磷取代黃磷制成火柴，稱為硫化磷火柴。這種火柴與黃磷火柴一樣隨處可以擦燃而沒有黃磷的毒性，但仍不如安全火柴安全。19世紀末，發(fā)現(xiàn)利用白磷做火柴的工廠工人，易罹患一種磷毒性頜疽癥的疾病，1898年，法國政府火柴專賣公司提出了三硫化二磷用于火柴制作的專利后，白磷火柴被視為一種違法的產(chǎn)品。
二十世紀初，現(xiàn)代火柴傳入中國，被稱為洋火、番火等。例如臺灣話仍稱「番仔火」。
制造方法
通常制法：一方面采用易燃的木材做成小棒（稱火柴梗），在其一端蘸以蠟油和含氯酸鉀的藥料（稱火柴頭），制成火柴；另一方面在包裝盒上涂以含赤磷,白磷的磷面。使用時，將火柴在磷面上擦劃，即能引燃，極為方便。
分類：火柴可分為日用安全火柴、普通火柴、高檔火柴和各種各樣的特種火柴。
制造工藝的一般過程主要有：鋸木、剝樹皮、旋片、切梗、烘干；篩選、理梗、排梗、沾油、藥漿調(diào)制、沾藥、烘干、卸梗、旋盒片、切盒片、糊盒、烘干；套盒（紙盒為：印刷、壓痕、分切、糊盒、套盒）、裝盒、磷漿調(diào)制、刷磷、包封、裝箱。
火柴設(shè)備品種、型號繁多，大體分六大類：
�。�1）原木分解設(shè)備；
�。�2）梗枝制造設(shè)備；
�。�3）梗枝處理設(shè)備；
�。�4）火柴（頭梗）制造設(shè)備；
（5）盒子制造設(shè)備；
�。�6）火柴包裝設(shè)備。
發(fā)火原理
火柴有摩擦火柴（又稱硫化磷火柴）與安全火柴之分，其發(fā)火原理不盡相同。
摩擦火柴藥頭的主要成分是氯酸鉀和三硫化四磷，稍在粗糙表面摩擦、產(chǎn)生的熱足以使這兩種物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)而發(fā)火。
安全火柴藥頭中以硫磺取代三硫化四磷。一般的摩擦熱不足以使藥頭起反應(yīng)，只有在火柴盒側(cè)面的磷層上擦劃時，摩擦熱先使硫與氯酸鉀發(fā)生反應(yīng)，放出較多的熱能，促使藥頭中的化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)而發(fā)火。它的反應(yīng)過程如下：2KClO3+ 3S──→2KCl + 3SO2+ 1137kJ
上述化學(xué)反應(yīng)過于劇烈，發(fā)火太猛，不利于使用。為了控制發(fā)火速度，藥頭中還需加入一些石英粉等填充劑，使藥頭發(fā)火緩和、穩(wěn)定；此外，還加入重鉻酸鉀和顏料等，以改善抗潮性能和外觀。若以淀粉、蟲膠等代替硫磺并加入一些香料，便制成無硫芳香火柴，燃燒時不產(chǎn)生刺激性氣體SO2，且能散發(fā)香味，使人感到舒適。
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