Андрей Диневич
октябрь 2017.
3289

Что будет, если нагреть спичку в вакууме до 1000 градусов?

Ответить
Ответить
Комментировать
0
Подписаться
4
2 ответа
Поделиться
АВТОР ВОПРОСА ОДОБРИЛ ЭТОТ ОТВЕТ

Что касается головки спички - тут правда все сложно. Присутствие окислителей приведет к тому, что будет некое сочетание процессов горения и разложения компонентов, которое будет зависеть от скорости разогрева. Среди продуктов будет кислород, SO2, CO2, Cr2O3, K2O, KCl, ZnO, какая-то мешанина из этого всего.

Но что касается самой деревянной части спички, тут уважаемая Сусанна в корне неправа, представляя спичку в качестве некоего монолитного материала, связанного одинаковыми связями с некой усредненной энергией, который начнет расщепляться на атомы при более высокой температуре, а при температуре 1000°C, якобы ничего не произойдет, кроме удаления из спички воды и других летучих компонентов. Я предложил в комментариях Сюзанне поспорить на деньги, у нас есть вакуумная печь Carbolite до 1200°С, в которой было бы можно провести эксперимент, на который я мог бы потратить день работы, но она что-то не хочет делать ставки :) Мы сами занимаемся карбонизацией полимерных нановолоконных материалов (вот наша статья на эту тему, например), поэтому просто для интереса мне как-то лень это делать, когда результат мне заранее понятен.

Пиролиз целлюлозы - достаточно хорошо изученный процесс, и если немного погуглить, можно найти тысячи статей на эту тему. Одно из известных применений - получение активированного угля. Эти процессы изучают и в ваккуме, и в инертных газах, в CO2 или водяном паре, с предварительной обработкой материала различными солями - куча разных исследований для различных применений и характеристик получаемых материалов. Вот, например данные термогравиметрического анализа для процесса прогрева дерева в аргоне:

https://sci-hub.cc/https://doi.org/10.1016/S0008-6223(96)00136-4

Вот картинка, показывающая массу угля, который остается при различных температурах при прогреве дерева в вакууме, чем выше температура, тем больше вылетает оттуда все кроме углерода:

https://sci-hub.cc/https://doi.org/10.1016/S0008-6223(96)00135-2

Вот данные по проводимости материалов, получаемых при разных температурах, проводимость увеличивается, потому что чем дальше, тем ближе материал к графиту.

https://sci-hub.cc/https://doi.org/10.1016/j.carbon.2009.11.020

Вот схема из статьи по изучению механизма и кинетики пиролиза целлюлозы, стоит отметить, что все это происходит до 500°C:

https://sci-hub.cc/http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp906702p

Так что извините, но "спичка будет будет выглядеть почти так же как и до эксперимента. Ожидается только незаметная бледность спички после эксперимента" - это фантазия, не имеющая отношения к реальности. Спичка будет конечно черной, потеряет примерно 70-80% своей массы и заметно уменьшится в размерах.

32
Прокомментировать

Спички, при своей простоте, имеют довольно сложную химию куда можно влезать только с химическим образованием и с противогазом. Мы же, в поиске ответа, пойдем другим путем. Если в вакуумной камере нагреть только деревянную часть спички до температуры 1000 °C, то спичка покраснеет до темно-красного цвета и более ничего не произойдет. Температура 1000 °C соответствует энергии атомных электронов ~ 0.1 эВ, что мало, для существенного изменения химических связей и нарушения структуры твердого вещества. После эксперимента, как бы это ни казалось невероятным, спичка будет будет выглядеть почти так же как и до эксперимента. Ожидается только незаметная бледность спички после эксперимента, связанная со специальными пропитками, испарившимися при нагреве. Это может сказаться на прочности и хрупкости спички.

Головка спички состоит из воспламеняющейся смеси на основе бертолетовой соли (плюс куча химии) и горючего материала — красного фосфора (опять же, плюс куча химии). Бертолетова соль является поставщиком свободного кислорода для интенсивного (взрывного) горения фосфора. При температурах 200 ÷ 400 °C (из-за трения чиркания) смесь загорается, кислород доводит температуру до 1500 °C и ... А дальше смесь кончилась. В вакуумной камере дым, вонь, а кислорода нет. Вот спичка и покраснеет, но в этом случае и от стыда. 

В атмосфере, к моменту уменьшения фосфора и кислорода, генерируемого бертолетовой солью, подключается атмосферный кислород, подаваемой непрерывно интенсивной конвекцией воздуха, а фосфор автоматически заменяется раскаленным уже, горящим кончиком спички. 

2

Ну нет, при 1000С уже карбонизация вовсю будет идти. Процентов 5 кислорода останется, но в основном он улетит в виде СО, СО2 и H2O, а спичка будет черной.

+3
Ответить

Если что, готов спорить на деньги, у нас вакуумная печь carbolite до 1200 есть :)

+2
Ответить

Не будет черной. Только эксперимент нас рассудит. Ждем.

0
Ответить
Ещё 6 комментариев

На что вы готовы спорить? Эксперимент займёт у меня несколько часов: вакуумирование до 10^-5, сам разогрев около 2 часов и охлаждение несколько часов. Не хочется просто так гонять печку и жечь электричество, когда лично для меня результат совершенно предсказуем.

+3
Ответить

Дмитрий, будете экспериментировать, не забудьте поставить 2 спички в вакуумную камеру, одну -без головки. Интересно увидеть фотки спичек до и после эксперимента. Удачи. 

+1
Ответить

Тоже ожидал разложения целлюлозы в вакууме и обугливания неулетевшего (карбонизации). Жду экспериментального подтверждения (или опровержения).

+1
Ответить

Вот с головкой я точно не собираюсь спички прогревать без предварительной оплаты стоимости диффузионного насоса и вызова сервисного инженера из Carbolite. Слишком дорогое оборудование для того, чтоб его портить продуктами горения/разложения серы, хромпика и бертолетовой соли.

0
Ответить

Написал пока подробный ответ со ссылками. Раз мы спорим просто ради интереса, то эксперимент с фотографиями будет когда-нибудь позже, когда будем прогревать другие образцы. Не расстраивайтесь, что вы оказались неправы, я тоже однажды какую-то фигню по физике написал, а вы меня поправили :)

+2
Ответить

Зачем расстраиваться. Наоборот. Необходимость в эксперименте отпала. Спасибо за знания в органической химии, которых у меня не было. Знание - Сила, а Вам +

+6
Ответить
Прокомментировать
Ответить