Физико-химические свойства

В качестве основного сырья для изготовления спичечной соломки используют главным образом осину и реже липу. Для этого с круглого очищенного от коры чурака специальным ножом по спирали снимается лента, которая затем рубится на спичечную соломку. При сгорании спички необходимо получить нетлеющий уголек от соломки и удержать на нем раскаленный шлак от сгоревшей головки. Необходимость последнего обусловливается стремлением обезопасить потребителя от прожогов одежды при попадании раскаленного шлака. Для устранения тления соломки и закрепления шлака от головки соломку пропитывают веществами, образующими на ее поверхности при горении пленку. Благодаря этой пленке прекращается сгорание угля. Она же закрепляет шлак от головки. Как противотлеющие вещества используют фосфорную кислоту и ее соль (NH₄)₂HPO₄.

Для обеспечения эффективного перехода пламени от головки к соломке последняя около головки пропитывается расплавленным парафином. Спички с непарафинированной соломкой гаснут практически вслед за сгоранием головки. Парафин легко воспламеняется при горении головки и дает яркое пламя, что важно в случае использования спички как источника света. Кроме того, он обладает хорошей теплотворной способностью, способствующей возгоранию соломки, безопасен при хранении спичек, не выделяет при горении копоти, дыма или вредных газов.

Спички изготавливаются на основе красного фосфора. Они воспламеняются только при трении о специально подготовленную поверхность (намазку спичечной коробки).

За период более чем 150 лет было использовано большое количество рецептур зажигательных масс, из которых изготавливают головки спичек. Они являются сложными многокомпонентными системами. В них входят: окислители (KClO₃, K₂Cr₂O₇, MnO₂), дающие кислород, необходимый для горения; горючие вещества (сера, животные и растительные клеи, сульфид фосфора P₄S₃); наполнители – вещества, предотвращающие взрывной характер горения головки (измельченное стекло, Fe₂O₃); склеивающие вещества (клеи), которые одновременно являются и горючими; стабилизаторы кислотности (ZnO, CaCO₃ и др.); вещества, окрашивающие спичечную массу в определенный цвет (органические и неорганические красители).

Наиболее распространенный состав головки и намазки спичек приведен в [Таблица 2] (в вес. %).

Сера. Чистая сера представляет собой жёлтое кристаллическое вещество с плотностью 2,1 г/см³, плавящееся при 119°С и кипящее при 445°С. Она очень плохо проводит тепло и электричество. В воде сера нерастворима. Чистая сера не ядовита. Прием внутрь небольших ее количеств способствует рассасыванию нарывов и полезен, в частности, при геморрое. В дозах порядка 1 г. она иногда назначается как слабительное. Организм человека не обнаруживает привыкания к сере, но длительное ее потребление может неблагоприятно отразиться на работе печени и кишечника. Очень мелко раздробленная (осажденная) сера входит в состав ряда мазей, предназначаемых для ухода за кожей и лечения кожных заболеваний.

Бертолетова соль – окислитель, обеспечивающий горение головки. По количеству кислорода, выделяемого на одну массовую часть, хромпик K₂Cr₂O₇ уступает бертолетовой соли KC1O₃, но зажигательные составы, содержащие первый окислитель, воспламеняются значительно легче. Кроме того, хромпик улучшает качество шлака.

Повышенная кислотность зажигательной массы нежелательна, так как она способствует протеканию побочных химических процессов. Поэтому в нее добавляют оксид цинка и мел.

Пиролюзит MnO₂ играет двойную роль: катализатора разложения бертолетовой соли и источника кислорода. Оксид железа (III) Fe₂O₃ также выполняет две функции. Он является минеральной краской (цвет ржавчины) и существенно уменьшает скорость горения массы, делая горение более спокойным.

Температура горения спичечных головок достигает 1500°C, а температура их воспламенения лежит в пределах 180...200°C.

Фосфорная (терочная) масса также является многокомпонентной. Она наносится на узкие боковые наружные стороны спичечной коробки. В состав наиболее распространенной терочной массы входят: красный фосфор, сульфид сурьмы (Ш) Sb₂S₃, железный сурик Fe₂O₃, пиролюзит MnO₂, мел CaCO₃, клей.

При трении головки о фосфорные намазки тепловой импульс направлен в основном не на нагревание зажигательной массы до температуры воспламенения, а на сублимацию (возгонку) красного фосфора. В результате сублимации красного фосфора образуется белый, который легко взаимодействует с кислородом воздуха с выделением большого количества теплоты.

Легкость зажигания при трении о любую шероховатую поверхность у обычных спичек достигается введением в их головку трисульфида тетра-фосфора P₄S₃. Специалисты называют такие спички сесквисульфидными или сокращенно сесквиспичками.

Мировое производство спичек составляет 30 млрд. коробок в год. На одну коробку расходуется около 1 г. спичечной массы. Следовательно, расход спичечной массы в мировом масштабе составляет десятки тысяч тонн в год.