A biztonsági gyufa minden háztartás konyhai fiókjában megtalálható. Elég egyszerű a koncepciójuk – üsd a gyufafejet a csíkhoz, és voilá. De valójában rengeteg kémiai folyamat zajlik ebben a hétköznapi tárgyban.
A gyufáknak két típusa van: a biztonságosnak minősítettek és azok, amelyek bármilyen felület segítségével meggyújthatók. A különbség csak annyi, hogy a biztonsági gyufáknál a gyújtáshoz szükséges vegyi anyagokat egymástól elkülönítve tartják. Mielőtt azonban megértenénk, hogyan működnek, először is meg kell kérdeznünk – hogyan jöttek létre?
A Lucifer-gyufa
A biztonsági gyufa hosszú utat tett meg elődjéhez, a Lucifer-gyufához képest. A Pacific Rural Press egy 1893-as cikke szerint a gyufa feltalálását Sir Isaac Holdennek tulajdonítják, aki kihasználta az azonnali, kéznél lévő tűz iránti igényt.
A Lucifer-gyufa nem sokáig tartott, amíg népszerűvé vált. Fémdobozokban árulták őket, és egy darab csiszolópapírt mellékeltek hozzájuk, amivel meggyújthatták őket. A Lucifer gyufa összetétele nem sokban különbözött a mai gyufáktól. Volt azonban egy összetevő, amely lényeges különbséget jelentett: a fehér foszfor.
A gyufák hátborzongató története
A fehér foszfor ugyan megjelenik a mai biztonsági gyufákban, de csak kis mennyiségű gőz formájában – de erről majd később. A XIX. század elején azonban a Lucifer-gyufák nagymértékben támaszkodtak a fehér foszforra, mint a gyufafej egyik fő összetevőjére. A fehér foszfor nagyon gyúlékony és mérgező anyag. Piroforikus tulajdonságai miatt spontán öngyulladásra képes. Ezért a hadsereg általában gyújtófegyverként használja.
A gyufagyárakban dolgozó munkásoknak gyakran el kellett távolítani az alsó állkapcsukat foszformérgezés után
A fehér foszfort a napalmhoz hasonlóan gránátokban és gránátokban használják, spontán meggyulladva olyan intenzív hőt termel, hogy a bőr leolvad a csontokról. Ez a vegyi anyag a felelős a fosszilis állkapocsért is, egy foglalkozási megbetegedésért, amelyet a vegyi anyag mérgező gőzének belégzése okoz. A fehér foszfor az alsó állkapcsot támadná meg, tályogokat és akár agykárosodást is okozva. Az egyetlen kezelés az volt, hogy a teljes állkapocscsontot eltávolították, így a beteg maradandóan eltorzult. A másik alternatíva a szervi elégtelenség miatti halál volt.
A fehér foszfor instabil és mérgező tulajdonságai miatt naponta történtek halálos balesetek: a gyufásdobozok hirtelen meggyulladtak, miután megrázták őket vagy napfényben hagyták, és az emberek gyakran belélegezték a mérgező füstöt. Valamit tenni kellett a veszélyes Lucifer gyufa ellen.
Mikor találták fel a biztonsági gyufát?
Az olcsó, bárhol meggyújtható gyufa iránti kereslet és az attól való függés miatt a veszélyek felismerése után több mint 50 évbe telt, mire a Lucifer gyufa gyártását beszüntették. A sajtóvisszhang, a nyilvános kampányok és a jogszabályi változások kombinációja azt eredményezte, hogy 1910-ben ezeket a halálos gyufákat végül biztonságosabb alternatívával váltották fel.
Egy 19. századi újsághirdetés, amely a Lucifer-gyufát gyártó Bryant & May’s-t mutatja be, amint áttér a biztonsági gyufák gyártására.
Miért hívják a gyufát biztonsági gyufának?
Érdekes, hogy a Lucifer gyufában lévő hatóanyagokat továbbra is a biztonsági gyufában használták, de egy, a játékot megváltoztató különbséggel: az éghető vegyi anyagokat a gyufafej és az ütőbetét között elválasztották.
A fehér foszfort végül egy másik allotróppal, a vörös foszforral helyettesítették. A vörös foszfor nem gyullad meg a levegőben, ahol a hőmérséklet 240 °C alatt van, ellentétben elődjével, amely 30 °C-on spontán meggyulladhatott. Ez azt jelenti, hogy sokkal stabilabb elemet lehet használni egy hétköznapi háztartási tárgyban, és ezért hívják a gyufát biztonsági gyufának – manapság sokkal biztonságosabbak!
Mi a biztonsági gyufa?
Már megállapítottuk, hogy a biztonsági gyufát az teszi ki, hogy az éghető elemeket egymástól elkülönítve tartják. De mi a célja az összetevőknek?
A gyufafej oxidálószert, általában kálium-klorátot és ként tartalmaz. Ezek a vegyi anyagok önmaguktól nem gyulladnak meg, ami azt jelenti, hogy a gyufa normál súrlódástól nem gyullad meg. Ennek az az oka, hogy az ütőfelület tartalmazza a kálium-klorát és a kén gyulladásához szükséges vegyi anyagot: a vörös foszfort.
A gyufafej ragasztót is tartalmaz, amely nemcsak az anyagokat köti össze, hanem extra üzemanyagként is szolgál. A fapálcát egy réteg paraffinviasz borítja. Ez biztosítja, hogy a láng végigégesse a pálcát. A fát ammónium-foszfátba is áztatják, ami elfojtja az esetleges utóizzást. Az ütőfelületnek és a gyufafejnek van egy közös fő összetevője: a porított üveg. Ez azért fontos, mert ez indítja el az egész folyamatot.
A vörös foszfor felváltotta a fehér foszfort a gyufában, mert sokkal stabilabb volt. A biztonsági gyufa ütőfelületében található, nem a gyufafejben.
Hogyan működnek a biztonsági gyufák?
Amikor a gyufafej a karcolófelülethez ütődik, az üveg és az üveg közötti súrlódás hőt termel. Ez a hő elegendő ahhoz, hogy egy kis mennyiségű vörös foszfor fehér foszforgőzzé alakuljon.
A fehér foszfor ugyan spontán meggyullad, de rövid életű megjelenés lenne, ha nem lenne a gyufafejben lévő oxidálószer. A kis mennyiségű fehér foszfor elkezdi bontani a kálium-klorátot, oxigént szabadítva fel, így a láng tovább éghet. Az oxigén ezután egyesül a kénnel, így az is égni kezd. Ez meggyújtja a gyufa faanyagát, amelyhez a láng a paraffinviasz miatt tapad.
Mindezek az összetevők teszik lehetővé, hogy a gyufa elég sokáig égve maradjon ahhoz, hogy meggyújtsa kedvenc Yankee-gyertyáját.
A különbség a biztonsági és a normál gyufa között
A biztonsági és a sima gyufa között csak annyi a különbség, hogy az utóbbiak gyufafeje vörös foszfort, valamint oxidálószert és ként tartalmaz. Ez lehetővé teszi, hogy bármilyen felületen meggyulladjon, amikor a súrlódás hatására hő keletkezik.
Ezzel szemben, ha például egy biztonsági gyufát téglafalhoz ütnénk, nem gyulladna meg, mivel a gyufafej nem tartalmaz vörös foszfort.
Milyenek a biztonsági gyufák?
A gyufafejek általában vörösek, de ez nem a bennük lévő vegyi anyagok színe miatt van. Az, hogy ugyanolyan színű, mint a vörös foszfor, csak véletlen egybeesés. A gyufafej azért színes, mert a hegyéhez festéket adnak, hogy egyértelműen jelezzék, melyik vége gyullad meg.
A gyufa nyilvánvalóan elég hátborzongató evolúción ment keresztül. Megkönnyebbülés, hogy a biztonsági gyufa ugrásszerűen fejlődött Lucifer napjaihoz képest, és hogy egy ilyen apróság hogyan lehet ennyire figyelemre méltó.
Itt a ReAgentnél szeretjük megfejteni a hétköznapi tárgyak mögött rejlő tudományos és kémiai rejtélyeket. A múltban a tűzijátékok kémiájának, sőt, még a félelemnek is utánajártunk!
Disclaimer
A ReAgent.co.uk blogon közzétett minden tartalom kizárólag tájékoztató jellegű. A blog, annak szerzői és kapcsolt vállalkozásai nem vállalnak felelősséget semmilyen balesetért, sérülésért vagy kárért, amely részben vagy közvetlenül a közölt információk felhasználásából ered. Ezenkívül nem javasoljuk semmilyen vegyi anyag használatát a gyártótól beszerezhető anyagbiztonsági adatlap (MSDS) elolvasása nélkül. You should also follow any safety advice and precautions listed on the product label. If you have health and safety related questions, visit HSE.gov.uk.