Номер 10, страница 268 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 37. Кислородные соединения хлора - номер 10, страница 268.

Условие.

10. Подготовьте презентацию об изобретении спичек и развитии спичечного производства. Насколько актуально производство спичек сегодня? Действительно ли в современных спичках используются кислородные соединения хлора?

Решение.

Решение 2.

Изобретение спичек и развитие спичечного производства

История спичек — это путь от опасных и неудобных приспособлений до привычного нам безопасного коробка. Первые прототипы современных спичек появились в начале XIX века, но они были далеки от совершенства.

Ранние разработки: В 1805 году французский химик Жан Шансель изобрёл «зажигательную машину» — деревянные палочки с головкой из смеси хлората калия ($KClO_3$), серы и сахара, которые загорались при погружении в склянку с концентрированной серной кислотой. Это было дорого, опасно и неудобно.

Первые фосфорные и фрикционные спички: Прорыв произошёл с открытием фрикционных спичек, загорающихся от трения. В 1826 году английский аптекарь Джон Уокер случайно изобрёл первые такие спички. Головка состояла из смеси сульфида сурьмы($III$) ($Sb_2S_3$), хлората калия ($KClO_3$), гуммиарабика и крахмала. Зажигались они чирканьем о наждачную бумагу. Однако они имели резкий неприятный запах и зажигались с небольшим взрывом, разбрасывая искры.

В 1830 году француз Шарль Сориа усовершенствовал состав, добавив в него белый фосфор. Это сделало зажигание лёгким и надёжным, но привело к серьёзным последствиям. Белый фосфор чрезвычайно ядовит, и работники спичечных фабрик страдали от тяжёлого заболевания — фосфорного некроза челюстей. Кроме того, такие спички были пожароопасны, так как могли самовоспламеняться.

Изобретение безопасных спичек: Решение проблемы токсичности и опасности пришло из Швеции. В 1844 году Густав Эрик Паш предложил разделить компоненты зажигательной смеси: на головку спички наносить окислитель (хлорат калия), а на отдельную поверхность (боковую сторону коробка) — красный фосфор, который, в отличие от белого, нетоксичен. При трении спички о поверхность частички красного фосфора от тепла превращаются в белый, который мгновенно воспламеняется и поджигает головку спички.

Промышленное производство таких «шведских» безопасных спичек наладил в 1855 году Юхан Лундстрём. Эта технология используется и по сей день. Современное производство полностью автоматизировано: из древесины (чаще всего осины) нарезают соломку, пропитывают её противопожарным составом (например, фосфатом аммония для предотвращения тления), один конец окунают в парафин (для лёгкого воспламенения древесины), а затем — в зажигательную смесь, содержащую окислитель ($KClO_3$), горючие вещества (серу, сульфиды), наполнители и клей. На боковую поверхность коробка наносят «тёрку», содержащую красный фосфор и абразив (стеклянный порошок).

Ответ: Изобретение спичек прошло путь от опасных химических устройств (начало XIX в.) через токсичные спички на основе белого фосфора к созданию безопасных («шведских») спичек в 1855 году, в которых горючее (красный фосфор) и окислитель (в головке) разделены.

Насколько актуально производство спичек сегодня?

Несмотря на широкое распространение газовых и электрических зажигалок, производство спичек остаётся актуальным, хотя и занимает более узкую нишу, чем сто лет назад. Актуальность спичек в современном мире определяется несколькими факторами:

• Надёжность и простота: Спички — это простое и крайне надёжное средство для получения огня, не зависящее от топлива (как в зажигалках) или источника электроэнергии. Они работают в широком диапазоне температур и условий.
• Незаменимость в определённых ситуациях: Спички, особенно ветро- и влагозащищённые, являются обязательной частью снаряжения туристов, охотников, рыбаков и наборов для выживания. Они незаменимы в походных условиях и при чрезвычайных ситуациях.
• Бытовое использование: Во многих домах спички хранятся для розжига газовых плит (особенно старых моделей без автоподжига), каминов, печей, свечей и костров.
• Экономическая доступность: В ряде развивающихся стран спички остаются самым дешёвым и доступным источником огня для приготовления пищи и обогрева.
• Промышленное и рекламное применение: Спички используются в некоторых лабораторных и промышленных процессах. Кроме того, спичечные коробки до сих пор являются популярным носителем рекламы.

Таким образом, хотя массовое ежедневное использование спичек сократилось, они прочно занимают свои ниши и не являются устаревшим продуктом.

Ответ: Производство спичек актуально и сегодня. Они востребованы как надёжный и дешёвый источник огня в быту, туризме, в чрезвычайных ситуациях, а также в развивающихся странах, хотя их популярность снизилась с появлением зажигалок.

Действительно ли в современных спичках используются кислородные соединения хлора?

Да, действительно, в головках современных безопасных (тёрочных) спичек одним из ключевых компонентов является кислородсодержащее соединение хлора, а именно — хлорат калия ($KClO_3$), также известный как бертолетова соль.

Хлорат калия выполняет функцию сильного окислителя. В состав спичечной головки также входят горючие вещества (например, сера $\text{S}$ или сульфид сурьмы $Sb_2S_3$), наполнители и связующее вещество (клей). На тёрочную поверхность коробка нанесён красный фосфор ($\text{P}$).

Процесс зажигания выглядит следующим образом:
1. При трении головки спички о тёрку за счёт силы трения выделяется тепло.
2. Этого тепла достаточно, чтобы небольшое количество красного фосфора на тёрке перешло в свою аллотропную модификацию — белый фосфор, который самовоспламеняется на воздухе.
3. Возникшее пламя инициирует реакцию в спичечной головке: хлорат калия при нагревании разлагается с выделением кислорода ($2KClO_3 \rightarrow 2KCl + 3O_2$).
4. Выделившийся кислород мгновенно вступает в реакцию с горючими веществами в головке (например, серой: $S + O_2 \rightarrow SO_2$), что приводит к её быстрому и устойчивому горению.
5. Далее пламя переходит на пропитанную парафином деревянную часть спички.

Таким образом, хлорат калия является неотъемлемой частью зажигательной смеси, обеспечивая её необходимым для горения кислородом.

Ответ: Да, в современных спичках в качестве основного окислителя в составе спичечной головки используется кислородное соединение хлора — хлорат калия ($KClO_3$).