我至今已做过各种各样的化学实验,有时也会遇到一些让人心惊胆战的状况,严重的甚至会造成事故。
从在工业高中工业化学系上学起,一直到研究生时代,我一直在做化学实验,而成为初高中学校的教师后,更是希望能让我的学生们亲眼看见一些有趣的化学现象。
从事艺术的人未必能弄出“爆炸性”的作品,但化学实验可是真的会“爆炸”的!
那么,“爆炸”到底是一种什么现象呢?
让我们从化学的角度来思考这个问题。
除了将干冰放入密闭的玻璃瓶或塑料瓶会发生爆炸外,加热密闭的喷雾剂罐子或煤气瓶等,也会引起爆炸。伴随着一声巨响,容器会被炸坏。新闻报道中时不时会出现的煤气爆炸事故,严重时会使大楼甚至商业街遭到损毁,造成大量的死伤。
这些爆炸的共同点就是“因为某种原因使压力急速上升,内部体积增大,最终导致容器破损,并伴有声音、闪光等的压力释放过程”。
如果能控制好爆炸的过程,就能利用这种“压力产生的膨胀”来做功,特别是较多的热膨胀发生时,能带来极高的做功效率。
汽车的汽油发动机示意图
例如,汽车(汽油车)的发动机,就是将压缩后的汽油与空气混合物送入气缸,然后通过火花塞的点火引起爆炸,从而使发动机运转并驱动汽车;而安全炸药等,可以将岩石炸开,常被用于土木工程或开山采矿。
爆炸,根据其发生的过程可分为物理爆炸与化学爆炸。由于体积的增大,如气体或液体发生热膨胀(压力的上升),或者其状态发生改变(物质在固体状态、液体状态和气体状态之间变化)等原因引起的爆炸,属于物理爆炸;而通过物质的分解或燃烧等引起的爆炸,则属于化学爆炸。
喷雾剂罐子、煤气罐等因热膨胀发生的爆炸,以及用来生成水蒸气的锅炉所发生的爆炸,都属于物理爆炸。
火山的爆发也是物理爆炸。火山爆发,是因为其内部含气体的岩浆上升造成压力的迅速减小,从而使内部气体急速膨胀,以及地表水与地下水接触后,水分迅速发生汽化并急剧膨胀等造成的。
化学爆炸的代表,就是一种伴随着气体产生的燃烧现象,其一旦开始后只要旁边有可燃物,就会加快其燃烧的速度,最终导致爆炸的发生。
例如,液化石油气以及城市用煤气(大部分情况下其主要成分为甲烷)发生泄漏后,在空气中大量聚集,遇到明火后即发生爆炸。
学校实验中常会进行的“点燃氢气与氧气的混合物”、火药与炸药的爆炸,还有因小麦粉与碳粉等可燃性粉尘在空气中飘浮所引起的爆炸(粉尘爆炸)等都属于化学爆炸。