Введение
Я выбрал данную тему потому, что она была интересна мне, и я думаю, будет интересна вам. Все мы привыкли видеть спички и у себя дома, и дома у своих друзей, и у всех они одинаковые, за исключением каминных (они просто длиннее) а так это просто маленькие деревянные брусочки, с разноцветными капельками, в картонном коробке, с чиркалом по бокам. Выбирая эту тему, а именно «История спичек», я решил обратить ваше внимание на то, что это относительно недавнее изобретение, которое, кстати, было изобретено в нескольких местах, на разных континентах одновременно, потому, что это изобретение было необходимо человечеству. Так же я хотел обратить внимание, что спички были не всегда «безопасными» и всего за какую-то сотню лет претерпели ряд различных изменений, что бы мы могли ими спокойно пользоваться в повседневной жизни (но не забывайте что даже «безопасные» спички детям не игрушка). Я проведу вас от древних алхимиков, которые коротали вечера в поисках «философского камня», до современных технологий, нынешних дней, которые позволяют гореть спичкам под водой, греть еду на, всего одной, спичке в походных условиях, освещать путь целый час, одной лишь спичкой, не хуже факела.
История спичек
Спички —относительно недавнее изобретение человечества, они пришли на смену огниву около двух веков назад, когда уже работали ткацкие станки, ходили поезда и пароходы. Но только в 1844 году было объявлено о создании безопасных спичек.
Открытие фосфора
В 1669 году алхимик Хеннинг Бранд, пытаясь создать философский камень, получил при выпаривании смеси песка и мочи вещество, светящееся в темноте, названное позже фосфором. Следующий шаг в истории изобретения спички был сделан английским физиком и химиком Робертом Бойлем (соавтор закона Бойля-Мариотта) и его ассистентом Готфридом Хауквейцем: они покрыли бумагу фосфором и провели по нему деревянной щепкой, покрытой серой.
Зажигательные машины
Между спичками и огнивом существовало несколько изобретений для получения огня, в частности, зажигательный аппарат Дёберайнера, созданный в 1823 году и основанный на свойстве гремучего газа загораться в присутствии мелких опилок платины.
История изобретений и открытий в химии в конце XVIII — начале XIX вв., приведшая к изобретению различного типа спичек, достаточно запутана. Международного патентного права тогда ещё не существовало, страны Европы часто оспаривали первенство друг друга во многих проектах, и различные изобретения и открытия появлялись практически одновременно в разных странах. Поэтому имеет смысл говорить только о промышленном (мануфактурном) производстве спичек.
Первые спички сделал в 1805 году французский химик Шансель. Это были деревянные спички, зажигавшиеся при соприкосновении головки из смеси серы, бертолетовой соли и киновари с концентрированной серной кислотой. В 1813 году в Вене была зарегистрирована первая в Австро-Венгрии спичечная мануфактура Mahliard’а и Wik’а по производству химических спичек. Ко времени начала производства серных спичек (1826 год) английским химиком и аптекарем Джоном Уокером (англ. John Walker) химические спички были уже достаточно широко распространены в Европе (вариантом такой спички пользовался Чарлз Дарвин, раскусывая стекло колбочки с кислотой и рискуя обжечься).
Головки в спичках Джона Уокера состояли из смеси сульфида сурьмы, бертолетовой соли и гуммиарабика (камеди — вязкой жидкости, выделяемой акацией). При трении такой спички о наждачную бумагу (тёрку) или другую достаточно шершавую поверхность её головка легко зажигается.
Спички Уокера были длиной в целый ярд. Они упаковывались в оловянные пеналы по 100 штук, однако больших денег на своём изобретении Уокер не заработал. К тому же, эти спички имели ужасный запах. Позже начали поступать в продажу спички меньшей величины.
В 1830 году 19-летний французский химик Шарль Сориа изобрёл фосфорные спички, состоявшие из смеси бертолетовой соли, белого фосфора и клея. Эти спички были весьма огнеопасны, поскольку загорались даже от взаимного трения в коробке и при трении о любую твёрдую поверхность, например, подошву сапога (как тут не вспомнить героя Чарли Чаплина, который зажигал спичку о собственные штаны). В то время ходил английский анекдот, в котором целая спичка говорит другой, полуобгоревшей: «Видишь, чем кончается твоя скверная привычка чесать затылок!» Спички Сориа не имели запаха, однако были вредны для здоровья, поскольку белый фосфор очень ядовит, чем пользовались многие самоубийцы для сведения счётов с жизнью.
Основным недостатком спичек Уокера и Сориа была нестабильность зажигания черенка спички — время горения головки было очень мало. Выход нашёлся в изобретении фосфорно-серных спичек, головка которых изготавливалась в два этапа — сначала черенок обмакивался в смесь серы, воска или стеарина, небольшого количества бертолетовой соли и клея, а затем в смесь белого фосфора, бертолетовой соли и клея. Вспышка фосфора зажигала более медленно горящую смесь серы и воска, от которой зажигался черенок спички.
Эти спички оставались опасными не только в производстве, но и в использовании — погашенные черенки спичек продолжали тлеть, приводя к частым пожарам. Эту проблему удалось решить, пропитав черенок спички фосфорнокислым аммонием (NH4H2PO4). Такие спички стали называться импрегнированными (англ. impregnated — пропитанные) или, позже, безопасными. Для стабильного горения черенка его начали пропитывать воском или стеарином (позднее — парафином).
В 1855 году шведский химик Йохан Лундстрем нанёс красный фосфор на поверхность наждачной бумаги и заменил им же белый фосфор в составе головки спички. Такие спички уже не приносили вреда здоровью, легко зажигались о заранее приготовленную поверхность и практически не самовоспламенялись. Йохан Лундстрем патентует первую «шведскую спичку», дошедшую практически до наших дней. В 1855 году спички Лундстрема были удостоены медали на Всемирной выставке в Париже. Позднее фосфор был полностью выведен из состава головок спичек и оставался только в составе намазки (тёрки).
С развитием производства «шведских» спичек, производство спичек с использованием белого фосфора было запрещено почти во всех странах. До изобретения сесквисульфидных спичек ограниченное производство спичек с белым фосфором сохранялось только в Англии, Канаде и США, в основном для армейских целей, а также (до 1925 года) — в некоторых странах Азии. В 1906 году была принята международная Бернская конвенция, запрещающая использование белого фосфора при производстве спичек. К 1910 году производство фосфорных спичек в Европе и Америке было полностью прекращено.
Сесквисульфидные спички были изобретены в 1898 году французскими химиками Савеном и Каеном. Они производятся, в основном, в англоязычных странах, главным образом, для армейских нужд. Основой довольно сложной композиции головки являются неядовитый сесквисульфид фосфора (P4S3) и бертолетова соль.
В конце XIX века спичечный бизнес превратился в шведский «национальный вид спорта». В 1876 году было построено 38 заводов по производству спичек, а в общей сложности работал 121 завод. Однако к началу XX века почти все они либо разорились, либо слились в большие концерны.
В настоящее время спички, изготавливаемые в большинстве европейских стран, не содержат соединений серы и хлора — вместо них используются парафины и бесхлорные окислители.
Первые спички
Коробок российских дореволюционных спичек фабрики «Балканская звезда»
В 1832 году в Вене были изобретены «сухие спички». Химик Леонард Тревани покрыл головку деревянной соломки смесью бертолетовой соли с серой и клеем, зажигались эти спички трением о шероховатую поверхность; однако иногда головка воспламенялась со взрывом.
Изобретателем первых фосфорных спичек стал юный француз Шарль Сориа. В 1831 году девятнадцатилетний экспериментатор к смеси бертолетовой соли с серой для ослабления ее взрывчатых свойств добавил белый фосфор. Температура воспламенения таких спичек оказалась небольшой — 30°С. Сориа попытался получить патент, но у него не оказалось денег для его регистрации, так что спустя год фосфорные спички были созданы вновь немецким химиком Я. Каммерером.
В Россию первые фосфорные спички были привезены в 1836 году, стоили они дорого — рубль серебром за сотню. Первая отечественная фабрика по производству спичек построена в Петербурге в 1837 году, а в 1842 году в одной Петербургской губернии существовало 9 спичечных фабрик, ежедневно производивших 10 миллионов спичек. Цена на спички резко снизилась до 3—5 копеек медью за сто штук.
К середине XIX века производство спичек в России стало носить характер кустарного промысла, поскольку было обнаружено, что спички в значительном количестве могут быть изготовлены и в домашних условиях. Однако легкая воспламеняемость фосфора приводила к пожарам. При перевозке спички нередко загорались от трения. На пути спичечных обозов полыхали пожары: обезумевшие лошади с горящими повозками приносили немало бед.
В 1848 году последовал указ Николая I изготавливать спички только в столицах и упаковывать их в жестяные банки. Из-за ядовитости белого фосфора работа на спичечных фабриках грозила рабочим фосфорным некрозом, вызывавшем, в частности, воспаление и кровотечение десен.
Безопасные спички
Промышленное производство первых безопасных спичек было начато в Швеции в 1855 году Йоханом Лундстремом и стало возможным благодаря открытию в 1844 австрийским химиком Антоном фон Шроттером (Anton von Schrotter, 1802—1875) неядовитого аморфного фосфора. Головка безопасных спичек содержала не все вещества, необходимые для воспламенения: аморфный (красный) фосфор наносился на стенку спичечной коробки. Поэтому спичка не могла зажечься случайно. В состав головки входил хлорат калия в смеси с клеем, гуммиарабиком, толченым стеклом и диоксидом марганца. Такие спички уже не приносили вреда здоровью, легко зажигались о заранее приготовленную поверхность и практически не самовоспламенялись. В том же 1855 году спички Лундстрема были удостоены медали на Всемирной выставке в Париже.
Современные спички
Современные деревянные спички изготовляются двумя способами: шпоновом способом (для спичек квадратного сечения) и штамповом (для спичек круглого сечения). Небольшие осиновые или сосновые чурки либо щепятся, либо штампуются спичечной машиной. Спички последовательно проходят через пять ванн, в которых производится общая пропитка противопожарным раствором, на один конец спички наносится грунтовой слой парафина для воспламенения древесины от спичечной головки, поверх него наносится слой, образующий головку, на кончик головки наносится второй слой, головка еще опрыскивается упрочняющим раствором, защищающим ее от атмосферных воздействий. Современная спичечная машина (длиной 18 метров и высотой 7,5 метра) производит до 10 миллионов спичек за восьмичасовую смену.
«Спичка» происходит от формы множественного числа слова «спица» (заострённая деревянная палочка). Изначально это слово обозначало деревянные обувные гвозди, в этом значении «спички» до сих пор существует в ряде диалектов. Спички, использовавшиеся для извлечения огня, поначалу назывались «зажигательные (или самогарные) спички».
В России 99% всех выпускаемых спичек — осиновые тёрочные спички. Тёрочные спички различного типа являются основным видом спичек во всем мире. Бестёрочные (сесквисульфидные) спички были изобретены в 1898 году французскими химиками Савеном и Каеном и производятся, в основном, в англоязычных странах, главным образом, для армейских нужд. Основой довольно сложной композиции головки являются неядовитый сесквисульфид фосфора и бертолетова соль.
Специальные типы спичек
Штормовые (охотничьи) — горящие на ветру, в сырости и под дождем, они помогут быстро разжечь костер в любую погоду, не гаснут после полного погружения в воду, некоторые виды штормовых спичек горят несколько минут и не боятся влаги и ветра.
Термические — развивающие при горении более высокую температуру и дающие при сгорании головки большее количество тепла.
Сигнальные — дающие при горении цветное пламя.
Фотографические — дающие мгновенную яркую вспышку, используемую при фотографировании.
Спичечная книжечка
Каминные спички — спички с двуслойной головкой, зажигающиеся о любую твердую поверхность, были запатентованы Ф.Фарнемом в 1888 году, но их промышленное производство началось лишь в 1905-м. 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.
Спички для сигар и трубок — с удлиненной палочкой и укрупненной серной головкой.
Картонные спичечные книжечки — патент на них, выданный Джеймсу Пусси в 1892 году, был приобретен в 1894-м компанией Diamond Match. Cпичечные книжечки раздаются бесплатно в гостиницах, ресторанах, табачных магазинах.
Устройство
Масса спичечной головки на 60% состоит из бертолетовой соли, а также из горючих веществ — серы или сульфидов металлов. Чтобы воспламенение головки происходил медленно и равномерно, без взрыва, к массе добавляют так называемые наполнители — стеклянный порошок или оксид железа. Связующим материалом является клей. Основной компонент покрытия терки — красный фосфор. К нему добавляют оксид марганца, толчёное стекло и клей. При трении головки о шкурку в точке их соприкосновения красный фосфор загорается благодаря кислороду бертоллетовой соли, то есть огонь первоначально возникает в шкурке и поджигает головку спички. В ней вспыхивает сера или сульфид, опять же за счёт кислорода бертолетовой соли. А уже затем загорается дерево.
Изготовление
Спички изготавливаются в соответствии с ГОСТ 1820—2001. Спичечная соломка во избежание её тления пропитывается 1,5%-ным раствором ортофосфорной кислоты, а затем парафинируется (окунанием в расплавленный парафин).
Состав головки спички: бертолетова соль — 46,5 %, хромпик — 1,5 %, сера — 4,2 %, сурик — 15,3 %, белила цинковые — 3,8 %, стекло молотое — 17,2 %, клей костяной — 11,5 %.
Состав «тёрки»: красный фосфор — 30,8 %, трёхсернистая сурьма — 41,8 %, сурик — 12,8 %, мел — 2,6 %, белила цинковые — 1,5 %, стекло молотое — 3,8 %, клей костяной — 6,7 %.
Удачи!