因为有火,我们才能在劳累一天之后吃到美味的食物。因为有火,我们才能在数九寒天感到一丝暖意。因为有火,我们才能在漫漫黑夜感受到光明的力量……但是人们是怎么取火的呢?燃烧需要什么条件呢?接下来,就让我们一起在本章探索火的奥秘吧!
火神
什么时候人类开始学会取火的?
原始的人类并不会取火,更不会生火。对于闪电劈中树木产生的火焰,他们的心里只有害怕,因为火焰能把整棵高耸的树烧焦,也会把他们的伙伴甚至凶猛的野兽烧死。虽然害怕,但火能驱散他们满身的寒意,也带来了美味可口的食物,所以他们并不愿意离开。后来,有一些勇敢且勇于挑战新事物的人把火带到了山洞,人们学会了保存火种。但这样的火种随时面临着熄灭的危险,善于创造的人们就开始想办法自己取火。
原始人没有火柴,更加没有打火机,石头和骨头就是他们的生火工具,人们会摩擦两块石头,当火星掉到木头上,木棍就会被点燃了,这可能是人们对于摩擦生火的初步接触,我们至今还保留着这种古老的取火方法。后来的人们认为火里面住着火神,所以会在寺庙供奉火神,点长明灯(昼夜不灭的大油灯,大多挂在佛像或神像前面)。
相信大家一定会有这样的感受,木棍很难燃烧起来。那是因为燃烧还需要一定的温度,木棍燃烧大概需要200℃到290℃,这就需要很长时间的摩擦。后来,人们在火柴头中填入一种易燃烧的物质,所以,我们把火柴在火柴盒上轻轻一擦就能点燃了。
火柴是什么时候发明的?
火柴这么好用,那火柴是什么时候出现的呢?刚出现的火柴是什么样子的呢?
原来的时候,人们点火需要三样东西:火镰、火石和火绒。火镰是一个外形像镰刀的钢块,火石是一块燧石,因敲击时能迸发火星而得名,火绒是用艾草等蘸硝做成的,看起来就像一块海绵,当火镰打在火石上,产生火星,点着火绒。这就是最初的火柴,也是打火机的原型。但这种最初的火柴使用起来并不是那么简单容易,所以这种打火方式并没有被因纽特人采用,这些格陵兰岛(世界上最大的岛屿,面积216.6万平方千米。位于北美洲东北方,北冰洋和大西洋之间)上的居民更愿意把木棍立到一块干燥的木板上,然后用皮带拉着那根木棍转动。随着社会的发展,人们逐渐用小轮代替火镰、用火石代替石头、用浸了汽油的灯芯代替火绒,创造出来了越来越好用的打火机。
人们总是善于改进各种工具,欧洲人相信他们能够找到比火石和火镰更好用的替代品。于是各种奇怪的打火器应运而生,有需要用硫酸点燃的火柴,有需要用钳子夹碎玻璃头点燃的火柴,除了使用起来不方便,昂贵的价格也让人们望而却步。终于,人们创造出了一种方便快捷的黄磷(燃烧温度60℃)火柴。但黄磷的缺点也很明显:毒性较大,易燃,在任何地方都可以擦着,这样的黄磷火柴就像一个不定时炸弹,而且点燃味道还很难闻。直到六十年前,人们用无毒的赤磷代替黄磷,生产出了"瑞典火柴",也就是我们今天试用的“安全火柴”。
炉子里烧着的劈柴到哪里去了?
几十年前,人们做饭的时候,就会往炉台里填塞劈柴,但是一段时间过后,炉膛里就只剩下炉灰了,那么劈柴去哪了?除此之外,我们还发现蜡烛也会随着燃烧的时间越来越短。难道它们真的凭空消失了吗?不,它们只是变成了一些我们肉眼难以看到的东西。如果你把一个干燥的小匙倒扣在蜡烛的火焰上方,你就会发现小匙上出现一层水雾,这是因为蜡烛燃烧产生了水,除了水雾,我们还能看到一层烟食,这层黑色物质就是蜡烛因没有完全燃烧而生成的炭(一种多孔性物质)。平常,蜡烛燃烧产生的水蒸气就会混入空气中,而碳就随着蜡烛燃烧生成的烟散落在屋子各处。如果蜡烛得到充分燃烧,烟就不会是黑色的了。由此我们推断出,蜡烛中含有碳元素(一种非金属元素,以多种形式广泛存在于大气和地壳和生物之中)。
除了炭,蜡烛燃烧还会产生什么呢?我们继续通过一个实验来探寻真相。这次我们需要用到两个相同的干燥空罐头瓶和一小段蜡烛,一些石灰水(氢氧化钙的碱性水溶液,医药上用作解酸剂和外用洗剂的成分)。首先我们点燃蜡烛,然后将蜡烛放进一号瓶中(为了方便操作,可以把蜡烛插在铁丝上),我们可以发现蜡烛很快就熄灭了。将熄灭的蜡烛再次点燃放入一号瓶中,蜡烛立刻就熄灭。接着,我们在两个空罐头瓶中倒入等量的石灰石,我们可以看到,一号瓶中的石灰水变得浑浊,而二号瓶里的石灰水却没有变化,(二氧化碳和石灰水反应生成碳酸钙沉淀,碳酸钙难溶于水,使石灰水浑浊)由此我们推断出,蜡烛燃烧产生了二氧化碳。
这也是劈材燃烧的原理,劈材燃烧生成二氧化碳和水,而未充分燃烧的劈材形成碳,就是我们看到的炉灰。
炉门上为什么要开一些小孔?
从上面的实验我们可以看到当瓶子里装满二氧化碳的时候,蜡烛是无法燃烧的,那第一次燃烧之前瓶子里是什么呢?是空气。但是空气是由多种气体组成的混合物,那到底是哪一种物质在帮助蜡烛燃烧呢?经过长期的实验与分析,科学家们得出结论:空气的主要成分是氮气和氧气,氧气是物质燃烧的必要条件。炉门上留出小孔就是为了让空气进入,而且通风越好,劈柴会燃烧得越快越彻底,反过来,如果通风较差,劈柴就不容易燃烧。
接下来,让我们一起来猜个谜语吧:什么炉子在燃烧,却看不见一丝火苗,进空气出烟气都是同一个口。你们猜出来谜底是人了吗?仔细想想,我们的鼻子既要进气又要呼气,是不是很像炉门和烟筒,而食物就是我们燃烧的劈柴。
为什么水不能燃烧?
干燥的纸张和木头很容易点燃,白磷甚至会自燃,但水却很难烧起来。是为什么呢?
我们先来了解一下燃烧的原理,燃烧是指燃料和氧气发生的剧烈化学反应。氢气和氧气燃烧生成水,汽油和氧气反应生成水和二氧化碳。
讲到这里,肯定会有人好奇,为什么水分子里既有氢元素又有氧元素,为什么不会自燃呢?经过燃烧阶段,氢气中的氢元素,汽油分子里的氢元素与碳元素和氧气,已经牢牢地结合在一起了,这个过程中释放出了大量的能量,这就能解释火焰为什么很烫了。如果想要氢元素和氧元素从水分子中逃离出来,重新形成氢气和氧气,那就需要更多的能量,而燃烧木头产生的能量不足以破坏水分子,所以在这种情况下,水无法燃烧。
为什么水能灭火?
水一般情况下不仅不会自燃,还能阻止别的东西被点燃。这是因为燃烧需要足够的氧气,同时燃烧物需要达到一定温度。
首先,水能够将可燃物和空气隔开,当燃烧的条件不被满足,火自然而然就灭了。除了水,我们还有很多隔绝燃烧物和氧气的物质,包括被子、沙子、二氧化碳等。我们可以自己做个小实验验证一下这个说法:把燃烧的蜡烛放入水中,或者撒上适量的沙子,观察它是否会熄灭。
除了隔绝空气,水还可以降温,这也是破坏了燃烧的条件。
但是,也有一些例外,比如镁。如果镁烧起来了,千万不能用水,因为镁在燃烧过程中会产生大量能量,导致氢氧元素逃离出来,如果再用水灭火,只会让火越来越大。