Какая модификация фосфора используется при изготовлении спичек

35. Аллотропные модификации фосфора

При длительном нагревании белый фосфор превращается в красный. Белый фосфор применяется для изготовления боеприпасов артиллерийских снарядов, авиабомб, предназначенных для образования дымовых завес. Широкого применения не имеет.

Красный фосфор – порошок красно-бурого цвета, неядовит, нелетуч, нерастворим в воде и во многих органических растворителях и сероуглероде; не воспламеняется на воздухе и не светится в темноте. Только при нагревании до 260 °C воспламеняется. При сильном нагревании, без доступа воздуха, не плавясь (минуя жидкое состояние) испаряется – сублимируется. При охлаждении превращается в белый фосфор. Идет на изготовление спичек: красный фосфор в смеси с сульфидом сурьмы, железным суриком, с примесью кварца и клея наносят на поверхность спичечной коробки. Головка спичек состоит в основном из бертолетовой соли, молотого стекла, серы и клея. При трении головки о намазку коробки красный фосфор воспламеняется, поджигает состав головки, а от него загорается дерево. Также красный фосфор применяется в приготовлении фармацевтических препаратов.

Черный фосфор получается при сильном нагревании и при высоком давлении белого фосфора. Черный фосфор тяжелее других модификаций. Применяется очень редко – как полупроводник в составе фосфата галлия и индия в металлургии.

Источник

Какая модификация фосфора используется при изготовлении спичек?

В настоящее время при изготовлении спичек используется красный фосфор, применение которого не приносит вреда здоровью, обеспечивает легкое зажигание о заранее приготовленную поверхность и практически исключает самовоспламенение. Однако это не всегда было так.

В 1826 г. английский химик и аптекарь Джон Уокер изобрёл серные спички. Головки в спичках Джона Уокера состояли из смеси сульфида сурьмы, бертолетовой соли и гуммиарабика — вязкого вещества, которое выделяют акации (её еще называют камедь). При трении такой спички о наждачную бумагу или другую достаточно шершавую поверхность её головка легко зажигается. Однако эти спички имели ужасный запах из-за выделявшегося сернистого газа.

В 1830 году молодой французский химик Шарль Сориа изобрел фосфорные спички, состоявшие из смеси бертолетовой соли, белого фосфора и клея.

И только в 1853 году появились наконец “безопасные”, или “шведские”, спички, которыми мы и пользуемся до настоящего квремени. Это стало возможным в результате открытия в 1847 красного фосфора, который, в отличие от белого, не ядовит. Красный фосфор получил австрийский химик А. Шрёттер, нагревая белый фосфор при 500°С в атмосфере угарного газа (СО) в запаянной стеклянной ампуле. 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 запатентовал первую «шведскую спичку», дошедшую до наших дней почти без изменений.

Источник

Урок №36. Фосфор. Аллотропия фосфора. Свойства фосфора

СТРОЕНИЕ АТОМА ФОСФОРА

Фосфор расположен в III периоде, в 5 группе главной подгруппе «А», под порядковым номером №15. Относительная атомная масса A r (P) = 31.

Валентные возможности фосфора шире, чем у атома азота, так как в атоме фосфора имеются свободные d-орбитали. Поэтому может произойти распаривание 3s 2 – электронов и один из них может перейти на 3d– орбиталь. В этом случае на третьем энергетическом уровне фосфора окажется пять неспаренных электронов и фосфор сможет проявлять валентность V.

Фосфор может существовать в виде большого числа аллотропных модификаций, в настоящее время их насчитывается 11, но все многообразие видов можно свести к трем: белый , красный и черный фосфор.

Аллотропные видоизменения фосфора

Взаимопревращение аллотропных модификаций фосфора

Название красный фосфор (атомная кристаллическая решётка) относится к нескольким модификациям, различающимся по плотности и окраске: она колеблется от оранжевой до темно-красной и даже фиолетовой. Красный фосфор, образующийся при нагревании белого до 320 °С без доступа воздуха, является рентгеноаморфным, при дальнейшем нагревании до 560 °С переходит в кристаллическое состояние за счет разрыва одной связи Р – Р в тетраэдре Р 4 и дальнейшего связывания оставшихся групп в цепи, кольца и трубки. Такая полимеризация приводит к упрочнению связи Р – Р, увеличению плотности и температуры плавления до 600 °С и уменьшению реакционной способности. Красный фосфор менее активен, чем белый, нерастворим в воде и сероуглероде, не светится в темноте, абсолютно безвреден.

По внешним признакам черный фосфор напоминает металл, имеет металлический блеск, обладает электропроводностью, теплопроводностью, довольно твердый. Наименее активный из всех модификаций.

Красный и черный фосфор получают из белого фосфора.

В природе фосфор встречается в виде двух аллотропных модификаций – белый фосфор и красный фосфор, которые резко различаются по физическим свойствам.

Из-за большой химической активности фосфор в природе встречается только в виде соединений.

Нахождение в природе

Самые богатые в мире залежи апатитов находятся близ г. Кировска на Кольском полуострове. Фосфориты широко распространены на Урале, в Поволжье, в Сибири, Казахстане, Эстонии, Белоруси и др. Большие месторождения фосфоритов имеются в Северной Африке, Сирии и США. Фосфор необходим для жизни растений. Поэтому почва всегда должна содержать достаточное количество соединений фосфора.

ТОКСИКОЛОГИЯ ФОСФОРА

Красный фосфор практически нетоксичен. Пыль красного фосфора, попадая в легкие, вызывает пневмонию при хроническом действии.

Острые отравления фосфором проявляются жжением во рту и желудке, головной болью, слабостью, рвотой. Через 2-3 суток развивается желтуха. Для хронических форм характерны нарушение кальциевого обмена, поражение сердечно-сосудистой и нервной систем. Первая помощь при остром отравлении — промывание желудка, слабительное, очистительные клизмы, внутривенно растворы глюкозы. При ожогах кожи обработать пораженные участки растворами медного купороса или соды. ПДК паров фосфора в воздухе 0,03 мг/м³.

ПОЛУЧЕНИЕ ФОСФОРА

Фосфор получают из апатитов или фосфоритов в результате взаимодействия с коксом и кремнезёмом при температуре 1600 °С:

Ca 3 (PO 4 ) 2 + 5C + 3SiO 2 → 2P + 5CO + 3CaSiO 3

Образующиеся пары белого фосфора конденсируются в приёмнике под водой. Вместо фосфоритов восстановлению можно подвергнуть и другие соединения, например, метафосфорную кислоту:

4HPO 3 + 12C → 4P + 2H 2 + 12CO

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОСФОРА

Р – окислитель

1. С металлами — окислитель, образует фосфиды:

Фосфиды разлагаются кислотами и водой с образованием газа фосфина

Свойства фосфина:

Р – восстановитель

1. Фосфор легко окисляется кислородом:

4P + 5O 2 = 2P 2 O 5 (с избытком кислорода),

4P + 3O 2 = 2P 2 O 3 (при медленном окислении или при недостатке кислорода)

2. С неметаллами — восстановитель:

! Не взаимодействует с водородом

3. Сильные окислители превращают фосфор в фосфорную кислоту:

3P + 5HNO 3 + 2H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5NO

2P + 5H 2 SO 4 = 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O

6P + 5KClO 3 = 5KCl + 3P 2 O 5

Источник

Необходимое сырье и технология производства спичек

Спички появились в Китае в Средние века. Позже, с развитием химии, они были усовершенствованы. Сегодня эти изделия представляют собой деревянные палочки с химическим составом на конце, который воспламеняется от трения. Без них сложно представить современный мир, они есть в каждом доме.

Основные разновидности спичек

В зависимости от материала, их делят на:

Для изготовления спичек используется древесина мягких пород – тополь, белая сосна, липа, осина. Восковые делают из хлопкового жгута, пропитанного парафином. Картонные спичечные книжки раньше раздавали бесплатно в табачных магазинах, сегодня они практически не используются.

По способу зажигания изделия делятся на терочные – возгораются от терки, специальной поверхности, и бестерочные – воспламеняются от трения о любую поверхность.

Бестерочные кухонные спички были изобретены в 1888 году. Они содержали два слоя химических веществ. В первый входили:

Они зажигались бесшумно, при этом головка не могла отлететь от розжига.

По назначению спички делят на:

Другие способы использования спичек:

Используемое сырье для спичек

Кроме сырья для деревянных заготовок, в производстве спичек используются следующие вещества:

Последнее вещество отвечает за возгорание изделия. Бертолетова соль – это хлорат калия, впервые его получили в 1786 году.

Через несколько десятков лет в производство включили фосфор, что позволило сделать сухие спички. Основная проблема – воспламеняемость изделий при перевозке, ее решили усовершенствованием упаковки. Красную фосфорную кислоту стали наносить только на внешнюю сторону упаковки, что исключало возгорание от трения.

И сегодня на фабриках действуют специальные правила транспортировки сырья, фосфорную кислоту и бертолетову соль не перевозят друг с другом.

Сегодня в состав добавляют стеклянный порошок, чтобы возгорание происходило медленно, и спичка долго не гасла. Клей связывает все вещества между собой.

На терку наносят фосфорную кислоту, оксид марганца и клей. При трении фосфор загорается от кислорода в составе бертолетовой соли. Только после этого возгорание передается на головку. В ней зажигается сера, а потом и дерево.

Технология производства спичек

Производство спичек осуществляется на специальном конвейере. Сначала рабочие отбирают древесину, чтобы сделать спичечную солому. Стволы деревьев распиливают на бруски. С них удаляют кору и отправляют в машины, которые изготавливают детали нужной формы – с квадратным или круглым сечением.

При изготовлении квадратных спичек применяют шпоновый метод:

деревянные бруски режут на ленты с толщиной, равной толщине готового изделия – 2 мм;

Для производства круглых спичек бруски отправляют в штамповочную машину, которая по образцу вырезает нужные изделия. Не все заготовки проходят дальше, часть из них идет на экспорт, где местные производители делают спички самостоятельно.

Дальнейшие этапы изготовления:

Основной компонент головки – бертолетова соль. Также она содержит молотое стекло, белила, дихромат калия, свинцовый сурик. Хотя головку называют серной, самой серы в ней содержится всего 4%.

Заключительный этап производства – сушка спичек. После этого их полируют, сортируют по длине и размеру, выбраковывают неудачные варианты.

Производство спичечных коробков устроено проще. Их изготавливают из картона, на который наносится рисунок с логотипом фабрики и красный фосфор. Затем картон нарезают, сгибают и укладывают в коробки. Потом машина накладывает в них спички, по 40 штук в 1 коробок.

Из чего состоит линия производства для спичек

Линия производства состоит из следующих машин:

Все производство регламентируется ГОСТами:

Для спичечной фабрики нужно как минимум 10 рабочих: технологи, операторы, грузчики, управляющие и подсобные рабочие. Они контролируют работу машин, следят за отсутствием брака, правильной упаковкой и доставкой товара до потребителя.

Полная стоимость оборудования составляет 19–23 млн рублей. Сократить затраты на машины можно, закупая готовое сырье, а не древесину. Тогда не нужны деревообрабатывающие станки и помещения для хранения бревен. Все сырье стоит примерно 2000 за 1 куб. м. Чтобы окупить такой цех, нужно производить большой объем товара в сутки. Спичечное производство – пожароопасный процесс, поэтому большое внимание уделяется пожарной безопасности.

Изготовление спичек – сложный процесс, который требует наличия дорогостоящих машин и грамотных технологов. При отработанной технологии и налаженной системе сбыта бизнес может приносить неплохой доход владельцу. Обычно товар продается в магазинах эконом класса и на оптовых складах. Если не получается найти точки сбыта в России, производители обращают внимание на зарубежные рынки.

Видео по теме: Как делают спички

Источник

Прикладные свойства фосфора на примере производства спичек

Электронная конфигурация, химические свойства, сферы применения и важнейшие аллотропные модификации фосфора. Разработка внеклассного мероприятия на тему “Ода обыкновенной спичке”: экскурс в историю, демонстрация опытов и разгадывание головоломок.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Незаурядные, часто применяемые в быту вопросы, позволяют учащимся приумножить познавательный интерес к предмету химии, расширяют кругозор и позволяют сделать определённый выбор для дальнейшего, более углубленного изучения предмета химии и выбора профессии. Настоящая работа посвящена рассмотрению прикладных свойств фосфора на примере производства спичек.

Глава 1. ФОСФОР И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ

Электронная конфигурация 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 3

Важнейшие аллотропные модификации

Белый фосфор. Получается при конденсации паров. Состоит из молекул P₄. Мягкое, бесцветное вещество, ядовит, имеет чесночный запах, t°пл.= 44°С, t°кип.= 280°С, растворим в сероуглероде (CS₂), летуч. Очень реакционноспособен, окисляется на воздухе (при этом самовоспламеняется), в темноте светится.

Красный фосфор. Без запаха, цвет красно-бурый, не ядовит. Атомная кристаллическая решётка очень сложная, обычно аморфен. Нерастворим в воде и в органических растворителях. Устойчив. В темноте не светится. Физические свойства зависят от способа получения.

Красный и черный фосфор получают из белого. Белый фосфор получают восстановлением фосфата кальция (сплавление в электрической печи):

1. Реакции с кислородом:

2. С галогенами и серой:

(галогениды фосфора легко разлагаются водой, например:

3. С азотной кислотой:

(фосфид магния легко разлагается водой

Фосфиды щелочных и щелочноземельных металлов разлагаются водой и кислотами с образованием фосфина:

1) Разлагается при нагревании:

2) Проявляет слабые основные свойства:

йодистый фосфоний менее устойчивый, чем соли аммония.

3) Сильный восстановитель. На воздухе самовоспламеняется.

Белые кристаллы, t?пл.= 24?С; t?кип.= 175?C. Существует в виде нескольких модификаций. В парах состоит из молекул P₄O₆. P₂O₃ соответствует фосфористая кислота H₃PO₃.

Окисление фосфора при недостатке кислорода

1. Все свойства кислотных оксидов.

2. Сильный восстановитель

Все химические свойства кислотных оксидов: реагирует с водой, основными оксидами и щелочами

Характерны все свойства кислот.

Бесцветное кристаллическое вещество; t?пл.= 74?С, хорошо растворимое в воде.

2) При нагревании происходит превращение в ортофосфорную кислоту и фосфин:

3) Восстановительные свойства:

Качественная реакция на обнаружение в растворе анионов PO₄ 3-

Фосфорными удобрениями являются кальциевые и аммонийные соли фосфорной кислоты.

Получают при тонком размоле фосфоритов. Так как она содержит нерастворимую соль Ca₃(PO₄)₂, то усваиваться растениями может только на кислых почвах.

При обработке фосфоритов или аппатитов серной или фосфорной кислотой получают растворимые в воде соединения, хорошо усваемые растениями на любых почвах:

Нейтрализацией гашеной извести фосфорной кислотой получают преципитат:

Глава 2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА СПИЧЕК

С расширением производства росли случаи серьезных отравлений среди рабочих. Несчастные случаи приняли столь катастрофические формы, что в России уже в 1862 г. было издано распоряжение об ограничении продажи белого фосфора.

Во второй половине XIX в. очень остро встала проблема замены белого фосфора. Правительства многих государств пришли к выводу, что изготовление спичек, содержащих белый фосфор, приносит больше убытка, чем дохода. В большинстве стран производство таких спичек было запрещено законом.

Но выход был найден, сравнительно быстро оказалось возможным заменить белый фосфор на красный, открытый в 1848 г. В отличие от белого эта разновидность фосфора совершенно безвредна. Красный фосфор ввели в состав спичечной массы. Но ожидания не оправдались. Спички загорались очень плохо. Они не находили сбыта. Фабриканты, которые начали было изготовление, разорились.

К середине XIX столетия было сделано множество выдающихся изобретений, а изготовление обыкновенной спички никак не могло найти удовлетворительного решения.

Современные спичкоделательные машины производят сотни миллионов спичек в день.

В настоящее время наша страна занимает первое место в мире по производству спичек. Современные спичечные фабрики оснащаются высокопроизводительными автоматами, дающими возможность изготавливать I 500 ООО спичек в час.

С расширением производства совершенствуется технология, осваиваются новые виды спичек, выпускаются охотничьи, штормовые, газовые и сувенирные спички в наборах, красочные этикетки которых отражают наиболее знаменательные события в жизни нашей страны. Охотничьи спички отличаются от простых тем, что, кроме обычной головки и соломки, у них имеется дополнительная обмазка ниже головки. Дополнительная зажигательная масса делает спичку долгогорящей с большим жарким пламенем. Горит она около 10 с, тогда как простая спичка всего 2-3 с. Такие спички дают возможность разжечь костер в любую погоду.

Не менее любопытны и штормовые спички. Они не имеют головки, но обмазка “тела” у них значительно толще, чем у охотничьих спичек. Зажигательная масса их содержит много бертолетовой соли, поэтому способность к воспламенению, т.е. чувствительность, таких спичек очень высока. Они горят не менее 10 с в любых метеорологических условиях, даже в штормовую погоду при 12 баллах. Такие спички особенно нужны рыбакам и морякам.

Газовые спички отличаются от обычных тем, что палочка у них длиннее. Сейчас выпускаются спички с соломкой в 70 мм. Такой спичкой можно зажечь сразу несколько конфорок. Добавление в зажигательную массу некоторых солей дает возможность получить цветной огонь: красный, розовый, синий, зеленый, фиолетовый.

Упаковываются спички в коробки различного объема, вмещающие пятьдесят, сто, двести и даже пятьсот спичек. В настоящее время спичечное производство полностью автоматизировано и это позволяет продавать его продукцию по достаточно низким ценам. Ранее бытова¬ло выражение “дешевле спичек”, это означает “почти бесплатно”.

Глава 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО ТЕМЕ “ПРОИЗВОДСТВО СПИЧЕК”