Спички

Спички есть в каждом доме. Но что мы знаем о них? Как следует из пародийного рассказа А.П.Чехова «Шведская спичка», российские крестьяне в начале 1880-х гг. имели только серные спички и лишь помещики, да и то не все, употребляли шведские. Из литературы XX в. можно почерпнуть, что некоторые барышни сводили счеты с жизнью, используя несколько головок фосфорных спичек. Герои немых фильмов Ч.Чаплина нередко зажигали спички о костюм. Чем же отличаются друг от друга серные, фосфорные и шведские спички? Какие спички служили реквизитом в фильмах Чаплина? Каковы спички сегодня? В чем состоит химическая основа их действия?

СПИЧКИ, тонкие удлиненные кусочки дерева, картона или пропитанной воском нитки, снабженные головкой из химического вещества, загорающегося от трения. Современные спички бывают двух видов: «кухонные», которые зажигаются при трении о любую поверхность, и «безопасные», зажигающиеся при трении о поверхность со специальным покрытием (например, спичечной коробки).

Наверное история спички начинается все-таки с открытия Брандом белого фосфора в 1675 году, и синтезом хлората калия Бертолле в 1786 году. И первые "спички" были скорее "пиротехническими" или "прометеевыми". Огонь получался при погружении палочек с головками из смеси перхлората калия с сахаром в серную кислоту (1805 год). Как вариант этого процесса, маленький сосуд с кислотой мог уже находиться в головке и "разбиваться" при надавливании.
Первые спички. Впервые успешно применить белый фосфор для зажигания спички трением удалось в 1830 французскому химику Ш.Сориа. Он не делал попыток организовать промышленное производство спичек, но спустя два года фосфорные спички уже выпускались в Австрии и Германии.

Основная идея – использовать протекающую с большим выделением тепла химическую реакцию для зажигания деревянной палочки – родилась во Франции в 1805 г. Парижанин Жан Шансель покрыл кончики тонких деревянных лучинок смесью бертолетовой соли (хлората калия КСlO3) с сахаром и камедью, а зажигал спички, окуная их в концентрированную серную кислоту. Тепло выделялось при взаимодействии сахара с кислотой, бертолетова соль усиливала горение за счет выделяемого кислорода.

3КСlO3 + Sb2S3 = 3КСl + Sb2О3 + 3SO2
Реакция
сопровождалась выделением газообразного диоксида серы, который имеет характерный резкий, свойственный кислотам запах

2КСlO3 + 3S = 2КСl + 3SO2

В начале 1830 -х гг. появились фосфорные спички. Студент-химик Шарль Сориа во Франции и химик Камертер в Германии были, видимо, среди первых, кому удалось найти легковоспламеняющиеся при трении составы с фосфором. Фосфор при горении превращался в оксид:
5КСlO3 + 6Р = 5KСl + 3Р2O5

Именно фосфорные спички эффектно запечатлены в фильмах Чаплина в некоторых игровых трюках.

Для изготовления спичек вместо КСlO3, а чаще как добавка к нему использовались также более дешевые вещества – селитра КNО3, дихромат калия К2Сr2O7, сурик Pb3O4, диоксиды марганца МnО2 и свинца РbО2, вместо камеди – декстрин и различные клеи.

В 1847 г. австрийский химик Шреттер открыл красный фосфор, активность которого гораздо ниже, чем у белого фосфора. Теплота сгорания красного фосфора до пентаоксида ненамного (на 1,1%) меньше, чем белого, но красный окисляется медленнее белого и самовоспламеняется на воздухе лишь при наличии следовых количеств примесей белого фосфора.

Безопасные спички. Первые безопасные спички, были созданы в 1845 в Швеции, где их промышленное производство начал в 1855 Й.Лундстрем. Это стало возможным благодаря открытию А.Шреттером (Австрия) в 1844 неядовитого аморфного фосфора. В состав головки входил хлорат калия в смеси с клеем, гуммиарабиком, толченым стеклом и диоксидом марганца. Почти все спички, изготовляемые в Европе и Японии, такого типа.

Производство спичек в России началось в 1837 г., ввоз и производство спичек с белым фосфором были запрещены с 1875 г.

Кухонные спички. Спички с двуслойной головкой, зажигающиеся о любую твердую поверхность, были запатентованы Ф.Фарнемом в 1888, но их промышленное производство началось лишь в 1905. Головка таких спичек состояла из хлората калия, клея, канифоли, чистого гипса, белого и цветного пигментов и небольшого количества фосфора. Слой на кончике же головки, который наносился вторым маканием, содержал фосфор, клей, кремень, гипс, оксид цинка и красящее вещество. Спички зажигались бесшумно, причем была полностью исключена возможность отлета горящей головки.

Сесквисульфид фосфора
В 1906 в Берне (Швейцария) было подписано международное соглашение, запрещающее изготовление, импорт и продажу спичек, содержащих белый фосфор.
Сесквисульфид фосфора впервые получил в 1864 француз Ж. Лемуан, смешивая четыре части фосфора с тремя частями серы без доступа воздуха. В такой смеси ядовитые свойства белого фосфора не проявлялись. В 1898 французские химики А.Серен и Э. Каэн предложили способ применения сесквисульфида фосфора в спичечном производстве, вскоре принятый в некоторых европейских странах.
В 1900 компания «Даймонд мэч» приобрела право пользования патентом на спички с сесквисульфидом фосфора. В декабре 1910 У.Фэрберн разработал новую формулу безвредных спичек.

Вначале производство спичек было полностью ручным, но скоро начались попытки повысить производительность путем механизации. Уже в 1888 была создана автоматическая машина непрерывного действия, которая с некоторыми видоизменениями до сих пор составляет основу спичечного производства.
Механизация производства

Состав спичечной головки

Состав намазки спичечной коробки

Пропитка спичек. До 1870 не были известны способы противопожарной пропитки, предотвращающей беспламенное горение оставшегося угля на погашенной спичке. В 1870 англичанин Хоус получил патент на пропитку спичек квадратного поперечного сечения.
Пропитка же спичек круглого сечения на спичечной машине непрерывного действия считалась невозможной. В связи с тем, что законодательство некоторых штатов с 1910 потребовало обязательной противопожарной пропитки, сотрудник компании «Даймонд мэч» У.Фэрберн в 1915 предложил в качестве дополнительной операции на спичечной машине погружение спичек примерно на 2/3 длины в слабый раствор (ок. 0,5%) фосфата аммония.

Современные деревянные спички изготовляются двумя способами. При шпоновом способе для спичек квадратного поперечного сечения.
При другом способе для спичек круглого сечения небольшие сосновые чураки подаются в головку машины, где расположенные в ряд вырубные штампы вырезают заготовки спичек и вталкивают их в перфорации металлических пластин на бесконечной цепи.
При обоих способах производства спички последовательно проходят через пять ванн, в которых производится общая пропитка противопожарным раствором.
Пройдя на бесконечной цепи по огромным барабанам для сушки в течение 60 мин, готовые спички выталкиваются из пластин и поступают в фасовочный автомат, распределяющий их по спичечным коробкам. Затем оберточный автомат завертывает по три, шесть или десять коробок в бумагу, а упаковочный автомат заполняет ими отгрузочную тару.
Современная спичечная машина (длиной 18 м и высотой 7,5 м) производит до 10 млн. спичек за 8-часовую смену.
Производство деревянных спичек

. Картонные спички изготавливаются на аналогичных машинах, но за две отдельные операции. Предварительно обработанный картон с больших рулонов подается в машину, которая нарезает из него «гребенки» по 60–100 спичек и вставляет их в гнезда бесконечной цепи. Цепь проносит их через парафиновую ванну и ванну формирования головок. Готовые гребенки поступают в другую машину, которая разрезает их на двойные «странички» из 10 спичек и скрепляет с заранее напечатанной крышкой, снабженной полоской для зажигания. Готовые спичечные книжечки направляются в фасовочно-упаковочный автомат.
Производство картонных спичек