• Lucifers (lange die gebruikt worden om de haard of de barbecue aan te steken)
• Campingbrander
• Bekerglas
• Reageerbuis (kleine diameter)
• Industrieel thermokoppel (USB, te koppelen aan de PC)
• Digitale Thermometer
• Infrarood thermometer met laserstraal (Conrad)
• Statief
• Statiefklem
• Sierzand
• Reageerbuishouder

• Bouw de opstelling op zoals in bovenstaande foto aangegeven.
• Leg de thermoglasplaat op de campingbrander.
• Plaats het bekerglas op de plaat.
• Giet een bodem sierzand in het bekerglas.
• Klem de reageerbuis vast met het klemstatief en positioneer het in het midden van het bekerglas.
• Positioneer het USB thermokoppel zo dicht mogelijk bij de lucifer.
• Plaats het thermokoppel van de digitale thermometer in het zand.
• Ontsteek de brander en start de meting op de PC.
• Gebruik de IR thermometer om te controleren of de temperatuurmetingen een beetje met elkaar overeenkomen.
• Als de lucifer ontbrandt noteer dan bij welke temperatuur dat gebeurt.

Experimenteren is wel vaker frustrerend maar dit was zulk een experiment dat een beetje bij de top komt. Als je het artikel leest denk je, leuk om te doen en makkelijk om uit te voeren. Maar je kunt wel indenken wat er gebeurde, hoe hoog de temperatuur ook was die de thermokoppels aangaven, die lucifer wilde maar niet ontbranden. Dit ondanks de observatie dat het hout wel begon te verkolen. In het artikel in Archimedes wordt een ontbrandingstemperatuur van 190 °C vermeld. Op het web kan men een temperatuur van 230 °C vinden (zelfontbrandingstemperatuur zwavel is 232 °C). Er gebeurde echter niets als ik deze temperaturen mat.
Van frustratie heb ik op een gegeven moment een lucifer in het zand zelf gestoken, en wat schetste mijn verbazing, die ontbrandde op een gegeven moment wel (hetgeen ik niet verwacht had omdat ik dacht dat er daar te weinig zuurstof zou zijn). Op dat moment gaf het thermokoppel dat ik in het zand had gestoken een temperatuur van 270 °C aan. Dat was voor mij aanleiding om mijn meetopstelling aan te passen en de lucifer in een reageerbuis gevuld met zand te stoppen. Door het experiment op deze manier uit te voeren heb ik de volgende temperaturen gemeten als ontbrandingstemperatuur: 264 °C, 270 °C en 273 °C.
Dit geeft een gemiddelde ontbrandingstemperatuur van: 269 °C.

De temperatuurplot van een experiment, opgenomen met de USB thermometer is, weergegeven in onderstaande figuur.

Lucifers en het strijkvlak op het doosje zijn een complex van chemicaliën die elk hun eigen functie hebben. De kop van een lucifer levert de zuurstof en is een oxidator. Deze is opgebouwd uit 10% brandbare stoffen (voornamelijk zwavel) en ruwmakende stoffen (glaspoeder). Deze ruwheid zorgt bij het aanstrijken voor extra wrijving waarmee extra warmte gegenereerd wordt. Er zit ook een dun beschermlaagje op. Het houtje bestaat uiteraard uit hout maar is geïmpregneerd in ammoniumfosfaat en in paraffine.  Doordat het makkelijker ontbrandt brengt de paraffine de vlam over van de kop naar het houtje. en bevindt zich daarom alleen in het bovenste deel van het houtje. Ammoniumfosfaat is een remstof en zorgt ervoor dat  het verkoolde hout niet verder doorgloeit. De bovenste laag van het strijkvlak is een beschermlaagje. Daaronder zit de stof die door wrijving ontbrandt, de helft ervan is rode fosfor. Rode fosfor wordt door verhitting omgezet in gele fosfor. Gele fosfor is veel brandbaarder. Verder zitten er op de kop ook brandstoffen, remstoffen en ruwmakende stoffen (glaspoeder) .
Volgens de literatuur bestaat het kopje voor de helft uit kaliumchloraat en voor 5 procent uit zwavel. Het strijkvlak aan de zijkant van het doosje bevat vooral rode fosfor en 35 procent glaspoeder. De chemie van het verbrandingsproces is in onderstaande schema weergegeven.

Een van de zaken die mij nogal verbaasde tijdens de uitvoering van dit experiment was dat ik (via Google) geen gedegen literatuur referentie kon vinden naar de ontbrandingstemperatuur van lucifers. Ik heb vooral veel informatie gevonden over de werking van een lucifer. Op nieuwsgroepen werd de ontbrandingstemperatuur wel eens besproken maar daar vermelde men dan een temperatuur van ca. 180-190 °C, zijnde de ontbrandingstemperatuur van kaliumchloraat, of ca. 230 °C, zijnde de zelfontbrandingstemperatuur van zwavel. Deze laatste waarde wijkt nogal sterk af van de waardes die vermeld worden in het Archimedes artikel (190 °C) en degene die we in dit experiment gevonden hebben (269 °C). Een Material Safety Data Sheet die ik op het web gevonden heb vermeld een zelfontbrandingstemperatuur van 180 °C voor veiligheids lucifers. De temperatuur die we in dit experiment gevonden hebben laat eerder aan de ontbrandingstemperatuur van hout denken (250 - 350 °C) of die van rode fosfor (260 °C).

Gegeven het feit dat ik verschillende thermometers en meetmethodes (thermokoppels en IR) gebruikt heb om temperatuur te meten is het onwaarschijnlijk dat er grote fouten met de temperatuurmetingen zelf zijn gemaakt.

Een mogelijke verklaring voor het verschil tussen de oude en de nieuwe metingen is dat men de samenstelling van de lucifers heeft veranderd. Dat is niet geheel onmogelijk aangezien in het Wikipedia artikel wordt vermeld "4.Moderne, milieuvriendelijke lucifers bevatten geen zwavel meer, maar een ijzer-fosforverbinding die ontleedt tot ijzeroxide en fosfaat." Af dat inderdaad het geval is weet ik niet, men zou de lucifers moeten analyseren om daar zekerheid over te krijgen. Op het Web kon ik niets vinden.

Op dit moment kan ik dus alleen maar vaststellen dat we het verschil in temperatuurmetingen niet met zekerheid kunnen verklaren. Meer onderzoek zou nodig zijn.

• De ontbrandingstemperatuur van de lucifers die in dit experiment gebruikt werden is ca. 269 °C.

• De USB thermometer wordt geleverd met datalogging sofware die op de PC geïnstalleerd kan worden.

• "Lucifers"; Archimedes; 19 maart 1982/83; p. 97-99.
• J. Lenselink; "Vuurwerk door de eeuwen heen"; De Bataafsche Leeuw; 1991; ISBN 906707277X; p. 9-14.

Relevante websites:

• Lucifer (voorwerp) - Wikipedia
• Match - Wikipedia, the free encyclopedia
• Ontbrandingstemperatuur - Wikipedia

Minder relevante websites:

• Lucifers analyseren

Lucifers, wie kent ze niet.....

De geschiedenis van de lucifer is echter veel minder bekend. Sinds het ontstaan van de mensheid is de mens er mee bezig geweest om vuur te maken en heeft de zeer veel verschillende methodes voor ontwikkeld, bijna allemaal veel bewerkelijker dan het gebruik van een lucifer. De Romeinen gebruikten echter al iets dat op lucifers leek. Houtsplinters werden in gesmolten zwavel gedoopt. Omdat zwavel een stof is die makkelijk ontbrandt kon men indien me de stokjes in een vuurtje stak op deze manier snel een houtje laten ontbranden. Men had echter wel een ander vuur nodig om het stokje tot ontbranding te brengen.  In 1805 maakte de Fransman Chancels zijn lucifer door een houten stokje, gedrenkt in zwavel, te voorzien van een kopje van kaliumchloraat, zwavel en gom. Deze ”briquet oxygéné” vloog in brand door hem in contact te brengen met geconcentreerd zwavelzuur.

Bij de huidige lucifers gebruikt men wrijvingswarmte om ze tot ontbranding te brengen en dit principe is in 1827 bedacht door de Engelse drogist John Walker. Deze bedacht dat vuur zuurstof nodig heeft en maakte een lucifer, waarbij het kopje bestond uit lichtontvlambaar zwavel en een stof die bij verhitting zuurstof produceerde. De eerste lucifers waren van karton maar dit werd als snel vervangen door houten stokjes. Het ging om lange houtsplinters gedrenkt in een mengsel dat bestond uit kaliumchloraat, antimoon sulfide en gomhoudend water. Wanneer je een dergelijke splinter door een samengevouwen vel schuurpapier trok, ontbrandde hij in een regen van vonken. Aangezien alleen wrijvingswarmte nodig was konden de meeste lucifers op elk welk ruw materiaal tot ontbranding gebracht worden. 

Al in 1828 krijgt Walker concurrentie. De Londense scheikundige Samuel Jones vervaardigt een vergelijkbaar product dat hij ”lucifer” (lichtdrager, de Latijnse vertaling van het Griekse woord phoosphoros) noemt. 

In 1832 ontdekt de jonge Franse chemicus Charles Sauria dat toevoeging van fosfor aan zwavel, kaliumchloraat en gom een lucifer oplevert die je overal kunt aansteken, bijvoorbeeld door hem langs de muur of je schoenzool te strijken. Het leren merklapje dat je vandaag achter op je jeans vindt, was daarop oorspronkelijk aangebracht om een lucifer aan te kunnen steken. Deze nieuwe lucifer raakt in korte tijd ongekend populair. 

Deze lucifers hadden echter een groot nadeel, ze waren zeer brandgevaarlijk en konden spontaan ontbranden.  Het is dan ook een grote stap vooruit als de Zweed Gustaf Erik Pasch in 1844 zijn ”veiligheidslucifer” ontwikkelt. Pasch scheidt de twee componenten die bij contact voor ontbranding zorgen: kaliumchloraat in de kop van de lucifer en fosfor in het schuurpapier. Hij vervangt de tot dan toe gebruikte giftige witte fosfor tevens door rode fosfor. De zijkant van het doosje bevat de fosfor, die de paraffine van het luciferkopje laat ontbranden. Bij dit soort lucifers kan de lucifer kan dus alleen vlam vatten als de gebruiker de lucifer over de zijkant van het doosje strijkt.

In 1845 ontwikkelt de Zweed Johan Edvart Lundström het procédé verder en krijgt er patent op. Zijn lucifer krijgt op de wereldtentoonstelling in Parijs in 1855 een prijs toegekend. In Jönköping in Zweden, waar deze veiligheidslucifer zijn oorsprong vindt, staat zelfs een Lucifermuseum (Tändstickmuseet). De in Nederland zeer bekende Zwaluw-lucifers werden in Jönköping gemaakt.