身邊的化學(xué)專業(yè)知識市公開課獲獎?wù)n件

1、身邊化學(xué)燃燒現(xiàn)象第1頁第1頁Nature is a phoenix,which burns itself, and takes its regeneration from the ashes.- Kant這里斷章取義引用一下,但是可見燃燒現(xiàn)象是自然界發(fā)生最主要改變之一 。我們現(xiàn)在知道，燃燒事實(shí)上是一個氧化過程，即：可燃物質(zhì)，通常是碳?xì)浠衔?，與氧反應(yīng)生成二氧化碳和水，并且釋放出能量過程。但在化學(xué)史上，物質(zhì)燃燒本質(zhì)卻成了一個長期難解謎。燃燒給人們最普遍感覺是：物體燃燒時仿佛有某種東西從中逃去了，一縷青煙冉冉而去，只留下少許灰燼。 第2頁第2頁于是化學(xué)家猜想，在燃燒時是否某種易燃元素逃逸了。即使與

2、此同時，冶金化學(xué)家發(fā)覺了一個與上述現(xiàn)象相反事實(shí)，即金屬在加熱時變成較重粉末金屬灰。但是他們只埋頭于實(shí)際工作，對這樣理論問題不感興趣，也不去深究。 第3頁第3頁當(dāng)初英國著名化學(xué)家波義耳曾定量地研究過金屬在密閉容器中燃燒后增重試驗(yàn)，并將金屬燃燒解釋為：金屬+火微粒=煅灰。但他沒有在這個基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)一步研究，尤其忽略了研究與金屬密切接觸空氣發(fā)生了什么改變，為了闡明試驗(yàn)事實(shí)，找了一個“火微?！眮沓鋽?shù)，從而未能揭示燃燒秘密。但他把燃燒現(xiàn)象看做是一個可燃物與其它物質(zhì)結(jié)合見解，在當(dāng)初是少見。 第4頁第4頁與波義耳同時有一位德國化學(xué)家貝歇爾，他對燃燒現(xiàn)象也做了相稱多研究。他認(rèn)為燃燒是一種分解作用，物質(zhì)燃燒時，

3、放出其中“油土”成分后，留下灰燼是簡樸物質(zhì)。貝歇爾提出“油土”事實(shí)上相稱于不久后盛傳起來所謂“燃素”。因此后人認(rèn)為他是與施塔爾共同創(chuàng)立“燃素學(xué)說”化學(xué)家。 第5頁第5頁貝歇爾學(xué)生施塔爾是德國一位醫(yī)生兼化學(xué)家，曾任哈雷大學(xué)醫(yī)學(xué)和化學(xué)專家，后任柏林普魯士王御醫(yī)。17施塔爾在總結(jié)了燃燒觀點(diǎn)，尤其是貝歇爾觀點(diǎn)后，系統(tǒng)地闡述、發(fā)揮了燃素學(xué)說。燃素學(xué)說在化學(xué)史上幾乎統(tǒng)治了一個世紀(jì)，對化學(xué)影響是深遠(yuǎn)。 第6頁第6頁燃素學(xué)說認(rèn)為一切可燃物質(zhì)中都含一個能夠燃燒要素，即所謂燃素，它在燃燒過程中從可燃物里分散出來，從而發(fā)光發(fā)熱。而空氣是帶走燃素必需媒介物，燃燒一定要有空氣才干實(shí)現(xiàn)。木頭富含燃素，能燃燒，燃燒時燃素散

4、逸，剩余灰燼。 第7頁第7頁 但是，許多有頭腦科學(xué)家自燃素、提出那一天起，就對它抑有懷疑。首先，史塔爾口口 聲聲提到燃索，從來有被分離出來過。另一方面，金屬在焙燒過后，總是增長了若干重量。按燃素說觀點(diǎn)，燃素在燃燒過程中喪失。但燃燒后物質(zhì)反崦增重。按燃素說觀點(diǎn)，燃素在燃燒 過程中喪失。但燃燒后物質(zhì)反而增重，這很難令人信服。但是，盡管許多科學(xué)家長期懷疑燃 素說，真正否認(rèn)這個錯誤觀點(diǎn)，揭示出燃燒實(shí)質(zhì)是18世紀(jì)科學(xué)家拉瓦錫。 第8頁第8頁拉瓦錫(1743- 1794年)法國化學(xué)家。他在英國化學(xué)家普列斯特利研究基礎(chǔ)上，提出：空氣本身不是元素，而是混合物，主要由氧、氮構(gòu)成。氧氣是一咱利于呼吸和助燃?xì)怏w。他

5、進(jìn)一步闡明：燃燒過程在任何情況下，都是可燃物質(zhì)與氧化合，而并非塔爾認(rèn)為是可燃物放出燃素分解反應(yīng)。 拉瓦錫發(fā)覺是極為可貴。燃燒過程實(shí)質(zhì)終于被人們掌握。自此當(dāng)代化學(xué)化系得以建立，增進(jìn)了化學(xué)事業(yè)發(fā)展。 第9頁第9頁各種燃燒現(xiàn)象鎂在空氣中燃燒，產(chǎn)生耀眼強(qiáng)光，生成白色固體MgO。 鋁在氧氣中燃燒，產(chǎn)生更為耀眼強(qiáng)光，放出大量熱，生成灰色固體Al2O3。 鐵絲在氧氣中猛烈燃燒，火星四射，放出大量熱，生成黑色固體Fe3O4。 鈉在空氣中燃燒，火焰黃色，生成Na2O 鉀在空氣中燃燒，火焰紫色，生成K2O 銅能夠在空氣中受熱氧化，也能夠在氧氣中燃燒，生成黑色固體CuO 第10頁第10頁硫在空氣中點(diǎn)燃生成淡藍(lán)色火焰

6、，在氧氣中生成藍(lán)紫色火焰，生成SO2 碳在空氣中燃燒，有耀眼黃色火焰，生成CO2，燃燒不完全生成CO 氫氣在空氣中燃燒有淡藍(lán)色火焰，生成液態(tài)H2O 一氧化碳在空氣中燃燒是產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，生成CO2 第11頁第11頁奇特燃燒現(xiàn)象 1982年，法國東部都市梅茨有家麥芽廠糧食倉庫發(fā)生了大爆炸，4 座幾十米高鋼筋混凝土糧食倉庫被摧毀，18人死亡，全廠陷入癱瘓，周圍居民也受到極大驚嚇。調(diào)查分析結(jié)果表明，罪魁禍?zhǔn)志尤皇莻}庫里糧食粉塵。 第12頁第12頁其實(shí)這也不希罕，我們知道燃燒充足必要條件有兩個：一是溫度要達(dá)到物質(zhì)燃點(diǎn)，二是要有充足空氣。粉塵體積很小，并且每一粒粉塵表面都同空氣充足接觸，當(dāng)空氣中粉塵含量

7、達(dá)到一定程度時，任何一個微小火種都會使它達(dá)到燃點(diǎn)而燃燒起來，并使有限空間空氣溫度由室溫一下子升到幾百度以上。這時候空氣會急劇膨脹起來，從而引起爆炸。 第13頁第13頁梅茨糧倉爆炸事件并不是唯一事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅美國新奧爾良市一地，來就發(fā)生了400多起這么事故，造成200多人死亡和幾千萬美元損失。因此人們把粉塵看作是倉庫“敵人”。為了避免這么悲慘事故，除了盡也許不使粉塵飛揚(yáng)外，通常也同加油站一樣，都要在門口掛上“禁止煙火”紅色字牌，以引發(fā)人們高度警惕。 第14頁第14頁糧食粉塵會發(fā)生燃燒現(xiàn)象，像面粉、硫磺、淀粉、煤粉、糖等物質(zhì)在倉庫儲藏或在運(yùn)輸過程中也會發(fā)出燃燒現(xiàn)象。不同是，不同粉塵在空氣中引發(fā)爆

8、炸最低密度是不同。淀粉和硫磺粉塵在每升空氣中含量超出7 毫克時，遇火就會爆炸；而面粉、糖粉爆炸極限為每升10毫克；煤粉爆炸極限為每升17毫克。 第15頁第15頁最奇特燃燒現(xiàn)象是發(fā)生在我國廣西興安縣小宅村“群火”。1981年以來，每到秋季，莫名其妙火災(zāi)屢屢出現(xiàn)。村里物品不明不白地自燃起來，并且起火點(diǎn)總是同時在多處發(fā)生，給村民們造成了損失，還引起了村民們恐驚。 第16頁第16頁專家們曾經(jīng)到那里實(shí)地調(diào)查，據(jù)理解，小宅村村西約 2千米處正在開采硫磺礦?！叭夯稹爆F(xiàn)象很也許是硫磺粉塵燃燒生成了二氧化硫，二氧化硫繼續(xù)與空氣中氧氣結(jié)合生成三氧化硫，三氧化硫與空氣中水蒸汽結(jié)合成硫酸，硫酸作為脫水劑使得物質(zhì)碳化而

9、發(fā)生了燃燒。 第17頁第17頁人體自燃人體自燃現(xiàn)象最早見于17世紀(jì)醫(yī)學(xué)匯報，時至今日，相關(guān)文獻(xiàn)更是層出不窮，記載也更為詳盡。那么，什么是人體自燃呢？人體自燃就是指一個人身體未與外界火種接觸而自動著火燃燒。第18頁第18頁1949年12月15日，美國新罕布什爾州一個53歲、名叫科特里斯婦女在家中被燒死了。曼徹斯特警方在調(diào)查中發(fā)覺，那具不像人形恐怖尸體躺在房間地板上，可是房間內(nèi)物體卻沒有遭到絲毫破壞，并且壁爐也未曾使用過，甚至在其它地方也找不到火種。美聯(lián)社報道說：“該婦人在燃燒時一定像個火球，但是火焰卻沒有燒著她家里任何木料?！边@事實(shí)令人驚詫。第19頁第19頁1951年佛羅里達(dá)州圣彼得堡利澤太太被

10、人發(fā)覺在房中化為灰燼，房子也是絲毫未受損壞。在這個案件中，調(diào)查人員使用各種當(dāng)代科學(xué)辦法，以擬定這一神秘意外來龍去脈?？墒?，即使有聯(lián)邦調(diào)查局縱火案專家、消防局官員和病理專家通力合作研究，歷時一年仍然沒有把事件弄清楚。第20頁第20頁在發(fā)生事故現(xiàn)場除了椅子和旁邊茶幾外，其余家具并沒有嚴(yán)重?fù)p毀，可是在屋內(nèi)卻出現(xiàn)了一個奇怪現(xiàn)象：天花板、窗簾和離地4英尺以上墻壁，鋪滿一層氣味難聞油煙，在4英尺下列墻壁卻沒有。椅子旁邊墻上油漆被烘得有點(diǎn)發(fā)黃，但椅子擺放處地毯卻沒有燒穿。另外在10英尺外一面掛墻鏡也許由于熱力影響而破裂；在12英尺外梳妝臺上兩根蠟燭已經(jīng)熔化了，但燭芯仍然留在燭臺上沒有損壞；第21頁第21頁位

11、于墻壁4英尺以上塑料插座也已熔化，但保險絲沒有燒斷，電流仍然通暢，以至于護(hù)壁板電源插座沒有受到破壞。與一只熔化了插座連接電鐘已經(jīng)停擺，上面時間剛好指在4點(diǎn)20分。當(dāng)電鐘與護(hù)壁板上完好插座連接時，仍然可繼續(xù)走動。附近一些易燃物品如一張桌子上報紙以及臺布、窗簾，卻所有安然無損。第22頁第22頁在世界其它地域亦有像利澤太太這樣人體自燃事例，并且自燃形式各種多樣，有些人只是受到輕微灼傷，另一些則化為灰燼，更令人不可思議是，受害人所睡床、所坐椅子，甚至所穿衣服，有時候居然沒有燒毀。更有甚者，有些人即使全身燒焦，但一只腳、一條腿或一些指頭卻仍然完好無損。在法國巴黎，一個嗜好烈酒婦人在一天晚上睡覺時自燃而死

12、，整個身體只有她頭部和手指頭遺留下來，其余部分均燒成灰燼。第23頁第23頁在以前發(fā)生過人體自燃事件中，男女受害人數(shù)目百分比大體相同，年齡從嬰兒到114歲老人都有，其中諸多是瘦弱。他們有人是在火源附近自燃，有人卻是在駕車或是毫無火源地方行走時莫名其妙地著火自燃。第24頁第24頁但是，時至今日，當(dāng)代科學(xué)界和醫(yī)學(xué)界都否認(rèn)人體自燃說法。有些人即使曾經(jīng)提出一些理論，但是始終沒有合理生理學(xué)論據(jù)足以闡明人體如何自燃甚至于化為灰燼，由于假如要把人體骨髓和組織所有燒毀，只有在溫度超出華氏3000度高壓火葬場才有此也許。那么，至于燒焦了尸體上尚存有未損壞衣物或者是一些皮肉完整殘膚就更令人覺得有些神秘莫測了。第25

13、頁第25頁自燃是由于可燃混合氣體（或蒸氣）本身熱量或與無火花、無火焰熱表面接觸，使溫度升高，以及化學(xué)反應(yīng)速度急劇增長而引起著火現(xiàn)象。在燃燒理論中自燃分為熱自燃和鏈自燃兩種。熱自燃理論認(rèn)為可燃混合氣體化學(xué)反應(yīng)熱量牛成速率超出系統(tǒng)散熱速率，從而有過剩熱量加熱可燃混合氣體，使化學(xué)反應(yīng)伴隨溫度升高而快速加快，進(jìn)而使混合氣體溫度快速升高，直至引起混合氣體燃燒。 第26頁第26頁鏈自燃理論認(rèn)為使化學(xué)反應(yīng)自行加速不一定是依托熱量積累，而是通過鏈鎖反應(yīng)，快速增長活化中心來促使反應(yīng)不斷加速，直至著火燃燒。自燃是一個復(fù)雜化學(xué)和物理現(xiàn)象。對可燃混合氣體，在發(fā)生自燃時總是需達(dá)到一定溫度。 第27頁第27頁我們生活在一

14、個危險世界里， 身邊有各種易燃、易爆東西。那么，我們身體會不會忽然起火？這種想法存在已久，一些莫名其妙燃燒現(xiàn)象似乎也證實(shí)了人體自燃發(fā)生。 人體自燃這是真實(shí)事件還是憑空捏造？無論相信是否，我們將一同檢查證據(jù)，看看科學(xué)與超自然現(xiàn)象會碰撞出如何火花。 第28頁第28頁“人體自燃”似乎始終存在，為何自燃卻始終沒有答案。1986年3月26日傍晚，美國紐約州北部消防員接到報案，請他們?nèi)フ{(diào)查一起讓人摸不著頭腦火災(zāi)。那個叫喬治莫特人上床睡覺時候還好好，一個原本有180磅重人，最后被燒得只剩余三磅半骨頭，可是，火卻沒把房子燒掉。 幾十年來，火災(zāi)研究員們始終百思不得其解。什么樣火能夠吞噬一個人卻不會燒掉他所在房間

15、？看到自己身體燃燒起來，這個人一定會設(shè)法滅火。除非，火勢太猛，來不及撲救。 這不是惟一一起人被神秘火燒死事件。 第29頁第29頁幾種世紀(jì)以來觀點(diǎn)始終認(rèn)為吞噬這些人火焰來自他們自己身體里面。支持者把這稱為“人體自燃”。拉里阿諾德撰寫燃燒一書，講就是人體自燃。反正確人則認(rèn)為，人體自燃純屬無稽之談。在很少數(shù)事件里，有目擊證人，并且自燃者在燃燒之后活了下來。元旦，在比利時布魯塞爾北面，阿黛兒瓦達(dá)克正和家人一起從海灘揀了一些貝殼后，開車回家，忽然發(fā)覺自己大腿冒出火焰。她從腰部到膝蓋被嚴(yán)重?zé)齻?。她醫(yī)生至今無法查明起火原因。為了尋找真相，拉里阿諾德，全球著名異?；馂?zāi)研究員和法醫(yī)生物學(xué)家馬克貝尼奇決定對此進(jìn)行

16、調(diào)查。第30頁第30頁燭芯效應(yīng)成功地解釋了為何有些人連骨頭都化為灰燼，關(guān)于這些怪異燃燒案例，17世紀(jì)歐洲，有些醫(yī)生認(rèn)為答案是酒精！但假如真是這樣，那么身體應(yīng)當(dāng)是從里面開始燃燒。在缺乏氧氣體內(nèi)，這種事顯然不會發(fā)生。最近出現(xiàn)了一個相對合理解釋，被稱為燭芯效應(yīng)。有時，最離奇謎題有著最平凡謎底?？茖W(xué)家認(rèn)為，我們能夠把一個穿著衣服人，設(shè)想為里外反轉(zhuǎn)蠟燭，衣服是燭芯，人體脂肪是蠟。 第31頁第31頁即便是很小火苗也也許會穿透皮膚，點(diǎn)燃脂肪，而后慢慢地、連續(xù)地燃燒。法醫(yī)生物學(xué)家馬克用一塊布和一塊豬肉演示了這種效應(yīng)。豬脂肪與人類脂肪十分相像。假如條件符合，脂肪和布就會像蠟燭同樣，燒到幾乎什么也不剩。燭芯效應(yīng)幾

17、乎是個完美答案，它證實(shí)了人體本身就有燃燒源，只要環(huán)境條件符合，人體就能夠自我毀滅 第32頁第32頁然而有一點(diǎn)疑問是燭芯效應(yīng)未能回答：用豬做試驗(yàn)時，常會留下不少完整骨頭，而在被認(rèn)為是人體自燃事件中，骨骼多半都化為灰燼。人類學(xué)碩士安吉克里斯滕森專心攻克這個問題。安吉發(fā)覺，人體自燃受害者與最容易患骨質(zhì)疏松癥人群基本情況非常相近。而骨質(zhì)疏松人骨在火葬時更容易被燒盡。燭芯理論也解釋了這些案例中一個怪誕現(xiàn)象：為何腿腳經(jīng)常完好無損？腳和小腿上脂肪很少，并且通常沒有被布料包裹也就是說，沒有燃料、也沒有燭芯。研究者認(rèn)為，燭芯效應(yīng)顯然是造成喬治莫特死亡原因。第33頁第33頁阿黛兒事件中造成自燃是貝殼上沾有鈉 ，燭

18、芯效應(yīng)或許能闡明喬治莫特死因，卻無法解釋阿黛兒瓦達(dá)克遭遇。她大腿在目擊者面前燃燒起來。在比利時，拉里阿諾德和馬克貝尼奇在阿黛兒一案中將有重大突破。在調(diào)查過程中，貝尼奇仔細(xì)查看了相關(guān)阿黛兒衣物及貝殼分析匯報，結(jié)果發(fā)覺了一條被忽略線索，那就是鈉。第34頁第34頁鈉是不溶于水蠟質(zhì)金屬，遇水會有強(qiáng)烈反應(yīng)。鈉跟水起反應(yīng)后，會產(chǎn)生一個非?；钴S物質(zhì)：氫氧化鈉。反應(yīng)過程釋放出熱量，繼而使衣物和布料開始燃燒。火花處處亂竄，這也許就是他們看到火花。這種火很難撲滅，這也跟目擊者說法吻合。 第35頁第35頁“人體自燃”受害者大多年邁、體重超標(biāo)、吸煙，并且獨(dú)居， 關(guān)于神秘火災(zāi)之謎，科學(xué)已提供了部分答案；那么，能否解釋喬

19、治莫特遭遇？尚有一個問題尚未解開：會是什么引起了這場致命火災(zāi)呢？ 貝尼奇說：“關(guān)于莫特先生意外遭遇，有幾種也許解釋。”被認(rèn)為是人體自燃案例中有一條經(jīng)常出現(xiàn)線索：吸煙。沒有些人知道那天晚上，他是否曾吸煙，但貝尼奇相信有這個也許。 第36頁第36頁貝尼奇說：“有匯報指出，他本來是吸煙，以后戒掉了；也有匯報說，他仍在吸煙。我們必須把這種情況考慮進(jìn)來。當(dāng)初他正躺在床上。他也許意外點(diǎn)燃了什么，最有也許是床上東西；接著，他被一氧化碳嗆昏，在以后整個過程中始終沒有醒來?！?悶燃床單散發(fā)出無味致命氣體一氧化碳，他也許由于吸入一氧化碳而昏迷。 第37頁第37頁接著，火燒進(jìn)皮膚、點(diǎn)燃脂肪，把他變成了緩慢燃燒蠟燭。他衣服和床單就像是燭芯，他脂肪是蠟?；馃岫炔粔蚋撸虼藳]燒掉房間里其它物品。燭芯理論是