Хімія головки сірника
Хімія головки сірника пройшла цікаві етапи свого розвитку. А почалося все з того, коли висікання іскор при ударі каменю об шматок пірита FeS2 і підпалювання ними шматочка дерева було єдиним способом отримання вогню людиною.
Перші сірники, засновані на хімічних реакціях, почали виготовляти наприкінці 18 ст. Спочатку це були дерев'яні лучинки, на кінчику яких у вигляді головки закріплювалися хлорат калію (бертолетова сіль КСlO3) і сірка. Головка сірника занурювалася в сірчану кислоту, відбувався спалах і лучинка загорялася.
Найважливішим етапом розвитку хімії на шляху до сучасних сірників було введення до складу маси сірникової голівки білого фосфору (1833). Такі сірники легко запалювалися від тертя про шорстку поверхню. Однак при горінні вони створювали неприємний запах і головне, їхнє виробництво було дуже шкідливим для робітників. Пари білого фосфору призводили до тяжкого захворювання – фосфорного некрозу кісток.
У 1847 р. було встановлено, що білий фосфор при нагріванні в закритій посудині без доступу повітря перетворюється на іншу модифікацію - червоний фосфор. Він набагато менш леткий і практично не отруйний. Незабаром білий фосфор у головках сірників було замінено червоним. Такі сірники запалювалися лише при терті об спеціальну поверхню із червоного фосфору, клею та інших речовин.
Існує кілька різновидів сучасних сірників. За призначенням розрізняють сірники, що запалюються у звичайних умовах, вологостійкі (розраховані на запалення після зберігання у вологих умовах), вітрові (запалювані на вітрі) та ін.
При згорянні сірника необхідно з метою безпеки отримати нетліючий вугілок від соломки і утримати на ньому розпечений шлак від головки, що згоріла. Для усунення тління соломки і закріплення шлаку від головки соломку просочують речовинами, що утворюють на її поверхні при горінні плівку. Завдяки цій плівці припиняється згоряння вугілля. Вона закріплює шлак від головки сірника. Як протитліючі речовини використовують фосфорну кислоту та її сіль (NH4)2НРO4.
Для забезпечення ефективного переходу полум'я від головки до соломки остання біля головки просочується розплавленим парафіном. Парафін легко спалахує при горінні головки і дає яскраве полум'я, що важливо у разі використання сірника як джерела світла. Крім того, він безпечний при зберіганні сірників, не виділяє при горінні кіптяви, диму чи шкідливих газів.
За період понад 150 років хімія головки сірника налічує велику кількість рецептур запальних мас. Вони складні багатокомпонентні системи. Вони включають: окислювачі (КСlO3, К2Сr2O7, МnO2), що дають кисень, необхідний для горіння; горючі речовини (сірка, тваринні та рослинні клеї, сульфід фосфору P4S3); наповнювачі – речовини, що запобігають вибуховому характеру горіння головки (подрібнене скло, Fe2O3); склеювальні речовини (клеї), які одночасно є горючими; стабілізатори кислотності (ZnO, СаСО3 та ін); речовини, що забарвлюють сірникову масу у певний колір (органічні та неорганічні барвники).
Температура горіння сірникових головок досягає 1500 0С, а температура їх займання лежить у межах 180–2000C.
Фосфорна (теркова) маса також є багатокомпонентною. Вона наноситься на вузькі бічні зовнішні сторони сірникової коробки. До складу найбільш поширеної теркової маси входять: червоний фосфор, сульфід сурми (3) Sb2S3, залізний сурик Fe2O3, піролюзит MnO2, крейда Са.
Слід зазначити, що реакція, яка протікає при згорянні головки сірника, – це один із найбурхливіших і найнебезпечніших хімічних процесів. Тому поводження з сірниками вимагає до шанобливого ставлення.
