Ontbrandingstemperatuur van lucifers bepalen |
Datum: December 2013
Principe:
Lucifer opwarmen en bepalen bij welke temperatuur deze ontbrandt.
Materiaal:
ALLE MATERIALEN DIE GEBRUIKT WORDEN VOOR DE METING MOETEN TEGEN HOGE TEMPERATUREN BESTAND ZIJN |
|
|
Uitvoering:
|
|
In het oorspronkelijke artikel in Archimedes gebruikt men een kwikthermometer met daarop vastgeklemd de lucifer die dan vlak boven het zand gepositioneerd wordt. Ik wilde mijn thermokoppel beschermen en bedacht daarom de constructie zoals in linker onderstaande foto is weergegeven. Het thermokoppel zit in de reageerbuis en de lucifer is tegen de reageerbuis geklemd. Dat werkte echter niet zo goed en ik ben na enige tijd overgestapt op een iets andere meetopstelling. Meer zand in het bekerglas en wat zand in de reageerbuis. Duw de reageerbuis in het zand. Stop de lucifer in de reageerbuis, in het zand, maar pas nadat men het systeem al redelijk op temperatuur heeft gebracht. |
|
|
Resultaten:
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. De temperatuurplot van een experiment, opgenomen met de USB thermometer is, weergegeven in onderstaande figuur. |
Discussie:
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) . |
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. |
Conclusie:
|
Opmerkingen:
|
Literatuur:
Relevante websites:
Minder relevante websites: |
Achtergrondinformatie:
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. |
|
Het kopje van de huidige lucifers bestaat nog steeds 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. |
23-12-2013