根據考古學家的研究,這種自然火的使用已有數十萬年的歷史。到公元前5萬年左右,人們在勞動中發現摩擦可以生火,於是有了 "鉆木取火";看到擊打石器時濺起的火花,於是有了 "燧石取火"(燧石是石英巖的壹種);銅器出現後,銅器出現後,"陽燧取火 "出現了。燧石是壹面銅凹鏡,能反射和聚焦陽光,使可燃物著火。
無論是 "鉆木取火",還是 "打火石取火",抑或是 "陽燧取火",都來之不易,還要保存火種。今天,我們寺廟裏日夜點燃的長明燈也許就是保存火種的遺跡。
直到17至18世紀,歐洲近代化學科學實驗興起,化學家們發現了壹些化學物質,利用這些化學物質進行化學反應生火,火柴逐漸出現了。
1669年,德國漢堡(Hamburg)壹個姓布蘭德、名叫海尼格(Hennig Brand)的人在蒸發人尿時發現了白磷。至於他到底是個什麽樣的人,有人說他是個煉金術士,有人說他是個江湖騙子,有人說他是個破產商人,也有人說他三者都是。他把人尿放在蒸餾器裏蒸餾,在接收器中發現了壹種奇特的白色固體,像蠟壹樣,散發著大蒜的氣味,在黑暗中不斷發光,他稱之為 Kaltes feuer(德語,意為冷火)。
布蘭德的發現引起了當時幾位德國學者的註意,正是他們記錄、傳播了布蘭德的發現,並將其留在了科學文獻中。
人體尿液中含有磷酸鈣(Ca3(PO4)2),它是含磷蛋白質和其他含磷食物的代謝產物。磷酸鈣遇到尿液中的有機化合物,這些有機化合物在強烈的熱碳化後形成碳,或在尿液中加入碳,並可能發生化學反應,根據以下反應方程式生成磷:
Ca3(PO4)2+8C═══Ca3P2+8CO↑3Ca3(PO4)2+5Ca3P2═══24CaO+16PI如果有沙子(SiO2)存在、會導致磷酸鈣熔點降低,並與氧化鈣(CaO)結合形成矽酸鈣(CaSiO3)殘渣:
Ca3(PO4)2+3SiO2+5C══3CaSiO3+5CO↑+2PT這仍然是今天生產磷的工業方法,不過現在使用的原料是礦物磷酸鈣,並在電爐中加熱。
1771年,瑞典化學家舍勒註意到人和動物的骨頭是由磷酸鈣組成的,並於1775年在加熱灰燼和硫酸時得到了磷。這個化學反應過程是
Ca3(PO4)2+H2SO4══Ca(H2PO4)2+2CaSO4Ca(H2PO4)2══Ca(PO3)2+2H2O2Ca(PO3)2+10C══Ca(PO4)2+10CO↑+4P白磷是壹種白色半透明晶體,在空氣中緩慢氧化、白磷是壹種白色半透明晶體,它在空氣中緩慢氧化,產生光能,因此在黑暗中也能發光。當磷在空氣中氧化到其表面積累的能量足以使溫度上升到 40 攝氏度時,即達到磷的燃點,就會引起自燃。
就這樣,18 世紀的歐洲出現了用白磷點火的磷燭、磷瓶。所謂磷燭,就是將壹根小蠟燭置於玻璃管中,蠟燭底部放壹小塊白磷,將玻璃管密封後置於溫水中,使白磷熔化並附著在蠟燭上。使用時,玻璃管會破碎,粘附在蠟燭上的白磷著火,導致蠟燭燃起,這最早出現在 1781 年的法國。所謂磷瓶,就是把白磷放在壹個小玻璃瓶裏,點燃後塞緊瓶塞,使瓶內塗上壹層部分氧化的磷。另壹種用法是用壹些小木條將熔融硫磺的壹端,放在壹個金屬盒中。使用時,將沾有硫磺的木條壹端伸入玻璃瓶中摩擦,使磷部分氧化,然後在瓶塞上摩擦起火,這最早出現在 1786 年的意大利,可以說是火柴最早的出現。到了 19 世紀初,也出現了利用其他化學物質的化學反應來取火的裝置。
1805年,學習化學、後來成為化學家的法國青年古斯塔夫-夏爾-博納旺蒂爾-尚塞爾(Gustave Charles Bonaventure Chancel,1822-1890 年)發明了壹種 "瞬時點火盒"。它是壹個小金屬盒,裏面裝有壹個裝有濃硫酸的小瓶,瓶口塞得很緊,還有壹些小木條。木條的頭部事先塗有氯酸鉀(KClO3)、蔗糖和樹膠的混合物。使用時,木條浸泡在濃硫酸中,取出時會著火。這是由於氯酸鉀與硫酸發生化學反應,產生熱量,同時濃硫酸吸收蔗糖中的水分,使蔗糖變成易燃的木炭而燃燒:
4KClO3+2H2SO4══2K2SO4+4ClO2+2H2O+O2↑這種滅火器在歐美流行了近 40 年。
氯酸鉀最早是由法國化學家貝托萊於 1786 年用氯氣通過氫氧化鉀濃溶液制成的。他曾把氯酸鉀和硫黃的混合物放在研缽中研磨,結果爆炸了。
1807年,歐洲也出現了電燈。它是用啟動板產生的火花點燃壹個發氣瓶中噴出的氫氣而制成的。氣體發生瓶(圖 13-1)的原理與今天化學實驗室中使用的氣體發生器相同。瓶內懸浮著鐵或鋅等金屬,瓶外盛有稀硫酸;將稀硫酸壓入瓶中,稀硫酸與鐵或鋅發生作用,產生氫氣。
這種帶有另壹個啟動器的滅火裝置顯然很笨重。到了 1823 年,德國化學家約翰-沃爾夫岡-德貝雷納(Johann Wolfgang D?bereiner,1780-1849 年)對它進行了改進,將其稱為德貝雷納燈,在氫氣出口處安裝了壹塊鉑棉,鉑棉可以吸附空氣中的氧氣,當氫氣從氣體發生瓶中釋放出來時,鉑棉會撞擊氧氣而著火。這樣就不需要啟動板了。這種燈也曾風靡壹時,成為富貴人家的時髦之物。但鉑絲很快就會中毒失效,需要不斷更換。
還有壹種火,叫火粉。這是將碳酸鉀(K2CO3)、明礬(KAl(SO4)2)和木炭粉混合物置於鐵筒中,在隔絕空氣的情況下加熱,反應生成金屬鉀(K):
2K2CO3+C═══4K+3CO2↑2KAl(SO4)2+C═══2K+SO2↑+CO2↑+Al2(SO4)3 當把冷卻後的混合物倒出少量時、其中的金屬鉀會迅速與空氣中的水分發生反應,產生大量熱量和火花,並點燃可燃物質。
這是熱愛自然科學的德國律師威廉-霍姆貝格(1652-1715 年)的傑作。
直到 1827 年,英國才首次出現了摩擦火柴,也就是今天的火柴。它的創造者是壹位外科醫生約翰-沃克(John Walker,1781-1859 年)。他在家鄉英國泰斯河畔斯托克頓行醫並經營壹家藥店,在那裏他發明了壹種摩擦火柴,將氯酸鉀、三硫化銻(Sb2S3)和樹膠的混合物浸漬在壹小塊木頭上,然後用砂紙摩擦木頭,木頭就會著火。根據他至今保存在斯托克頓的銷售日記,他於 1827 年 4 月 7 日首次將這些火柴賣給了當地的壹位律師。
兩年後,這種火柴傳到了英國首都倫敦。1929年,英國化學家和物理學家法拉第在倫敦的壹家科學、文學和藝術雜誌上介紹了這種火柴,並在壹次公開****。壹位名叫塞繆爾-約赫斯的推銷員聽了法拉第的演講後,了解到瓦克沒有申請專利,便萌生了仿制和銷售的想法。他將火柴裝在卡片制成的長方形盒子裏出售,並將其命名為 "路西法"(lucifer)。"路西法 "的原意是 "魔鬼",後來成為 "摩擦火柴 "的同義詞。1832 年,約翰斯在倫敦申請並獲得了專利。
約翰斯在裝火柴的紙盒上寫道"如果可能,請避免吸入這種黑色成分燃燒時釋放出的氣體,如果您的肺部虛弱,請不要使用這種熒光粉",這可能就是約翰斯稱火柴為 "魔鬼 "的原因。這可能就是約翰斯稱火柴為 "魔鬼 "的原因。
後來,英國化學家維格斯(A. Wiggers)經過研究,改變了火柴頭的成分,在瓦克的制劑中增加了氯酸鉀的含量,相對減少了三硫化二銻的含量。
如前所述,氯酸鉀在與硫黃等易燃物摩擦時會發生爆炸。它是壹種氧化劑,加熱時會放出氧氣,促進可燃物質燃燒。三硫化二銻,俗稱硫化銻,是壹種橙紅色晶體或灰黑色粉末,天然成分為輝石。它在空氣中加熱燃燒,會產生氧化銻和二氧化硫(壹種有毒氣體),因此約翰斯在他出售的火柴盒上標明了這壹點。
火柴不容易著火,使用時要把火柴頭放在壹張折疊的砂紙中間,用手指緊緊捏住,用力拖動火柴桿,火柴就會著火。著火時還會有小爆炸和火花。這使得它在消失前持續了很短的時間。根據瓦克的銷售記錄,他於 1830 年停止生產這種火柴。但火柴激發了壹些化學家和發明家的靈感,他們開始尋找另壹種化學物質來使用這種摩擦起火的方法。
1830年,年輕的法國化學家查爾斯-索裏亞(Charles Sauria)首先用白磷取代了瓦克摩擦火柴頭中的三硫化二銻。這種火柴的著火效果非常好,只要輕輕壹擦就會著火。德國、匈牙利和其他歐洲國家紛紛效仿,並迅速發展起來。
事實上,早在 1825 年,英國化學家約翰-托馬斯-庫珀(John Thomas Cooper,1790-1854 年)就用硫黃和白磷制成了火柴,並已出現在倫敦市場上。
今天這種用白磷制成的火柴,就像磷蠟燭和磷瓶壹樣,不可能長久使用,因為白磷有劇毒。0.1 克白磷就足以殺死壹個人,吸入白磷蒸汽的人會患上牙床壞死病。同時,氯酸鉀與白磷混合後稍加摩擦就會著火,使用火柴制成的它們往往放在外衣口袋裏就會著火。1872 年芬蘭首先禁止使用白磷制造火柴,隨後歐洲各國相繼頒布了禁止使用白磷的禁令。1906年,國際勞工立法聯合會在瑞士伯爾尼召開國際會議,通過決議,禁止制造、進口和銷售含白磷的火柴。
早在1845年,奧地利維也納技術大學化學教授施爾特(Anton Schr?tter,1802-1875)在隔絕空氣的情況下加熱白磷,得到了紅磷,確定它與白磷是同素異形體,無毒,在240℃左右的火中,受熱後可轉化為白磷。不久後的1847年,瑞典化學教授古斯塔夫-埃裏克-帕施提出用紅磷代替白磷制作火柴。歐洲國家曾嘗試制作,均未成功,原因是氯酸鉀和紅磷的混合物受摩擦或撞擊會爆炸,如果用其他氧化劑代替氯酸鉀,滅火效果不好。
只有將氯酸鉀和紅磷分開放置。這樣,就有了兩根火柴,即在火柴的壹端浸漬了氯酸鉀、玻璃粉和樹膠的混合物,另壹端浸漬了紅磷、玻璃粉和樹膠的混合物。將火柴從中間折斷,兩端相互摩擦點火,效果非常好。這種火柴很快在歐洲和北美國家流行起來。
到 1855-1856 年,英國藥劑師阿瑟-奧爾布賴特(1811-1900 年)、瑞典火柴人 J-倫斯特羅姆和德國化學家魯道夫-克裏斯蒂安-博特格爾(1806-1881 年)先後對火柴頭進行了氯化處理。他們在制作火柴時,先後用氯酸鉀、三硫化銻和樹膠的混合物浸漬火柴頭,並在火柴盒側面塗上紅磷、玻璃粉和樹膠的混合物。人們不再使用對折的火柴,而是將火柴放在塗有紅磷的火柴盒邊上摩擦。這就是我們今天使用的安全火柴。
到了 1898 年,兩位法國化學家亨利-塞維(Henri Sevene)和埃米爾-卡恩(Emile Cahen)獲得了 "火柴成分的改進 "的美國專利,該專利的重點是使用三硫化二磷(P4S3)代替白磷或紅磷制造火柴。P4S3 由法國輔仁大學化學教授克萊門特-喬治-勒莫瓦納(1842-1922 年)於 1854 年通過在空氣保溫條件下加熱紅磷和硫黃首次制成。它無毒,在常溫下穩定,加熱到約 100℃時會著火。用它和氯酸鉀、樹膠等混合浸漬在火柴頭上制成的火柴在粗糙的墻壁、地板、鞋底等處摩擦就會著火。由於這種火柴使用方便,點火效果好,所以曾風靡壹時,被稱為摩擦火柴。但最終因為點火太容易,偶爾不小心與火摩擦就會引起火災,在安全性方面比不過安全火柴而被淘汰。
小小的火柴就這樣在安全和易燃兩個矛盾中逐漸演變發展,經歷了壹百多年。
中國的火柴是從西方傳入的,最早的火柴是1838年英國人送給清朝道光皇帝(1821-1850)的禮物。當時,宮中的火柴被視為珍寶,只在大典上使用。1865年,天津海關首次接到正式進口中國的報告。
1879年,廣東佛山興建了僑明火柴廠,這是中國最早的民族火柴工業;1905年,北京開辦了第壹家火柴廠,名為丹華火柴廠。當時,凡是舶來品都冠以壹個 "洋 "字,火柴被稱為 "洋火",北京人也稱其為 "洋燈"。"洋火 "在古代是壹種引火的小木棍,叫引火奴。引火奴是用薄木片或蓖麻稈做成的火棍,長約4到5寸(1寸=3.3厘米),壹端塗上硫磺或硝石,借助其他火源,輕輕壹點就立即燃燒起來,多用來點燈,所以北京人叫它 "取燈"。