鐵絲在氧氣中燃燒為什么會火星四射

文章編號：1005-6629(2007)02-0008-01

中圖分類號：G633．8

文獻標識碼：C

鐵絲在氧氣中燃燒為什么會火星四射呢?這是因為我們實驗用的鐵絲不是純鐵，鐵絲中含有一定數量的碳(其實還包括微量的硫、磷)，碳與氧氣或熔融狀態的鐵的氧化物反應生成二氧化碳氣體。二氧化碳氣體使體積迅速臌脹，推動周圍的呈熔融狀態的鐵及其氧化物向四周飛濺，于是我們便看到火星四射的實驗現象。

通過大量實驗得到如下結果：

1 木炭與鐵在氧氣中燃燒有相似的實驗現象

上面這幅圖中的實驗現象相信大家都比較熟悉，其中有一瓶是木炭在氧氣中燃燒，另兩瓶是含碳量不同的鐵絲在氧氣中燃燒，你知道哪瓶是木炭在燃燒嗎?對了，就是中間這瓶：乙瓶。從圖中我們可以清楚地看到乙瓶木炭燃燒現象與丙瓶中鐵絲燃燒現象近似。它們為什么會有相似的火星四射的現象呢?因為它們燃燒時生成的氣體使固體或液體向四周飛濺形成爆裂物。具體一點，在點燃的鐵絲上，在氧氣能夠到達的淺表面發生碳與氧氣直接生成二氧化碳的反應，稍深一點的由于熔融狀態物質的流動性，碳與新生成鐵的氧化物反應生成二氧化碳，二氧化碳推動周圍的熔化物向四周飛濺。

2 鐵中含碳量不同，則實驗現象不同

上面圖中甲瓶與丙瓶顯示的都是鐵絲在氧氣中燃燒的現象，為什么甲瓶中的火星明顯沒有丙瓶中的多呢?其實就是它們含碳量不同。較純的鐵絲(工業級)在氧氣中燃燒火星較少，彎成螺旋狀有時不能燃燒，或燃燒不能持久，采用較多量鐵絲疏松纏繞在一起燃燒現象與上圖中甲瓶類似；低碳鋼鐵絲，彎成螺旋狀產生火星的數量與甲瓶類似，反應有時不能持久；中高碳鋼彎成螺旋狀很容易劇烈燃燒，火星四射，本人常采用圓珠筆內的彈簧做該實驗，效果很好，從來沒有失敗過，現象如上圖中丙瓶所示。很多老師用窗紗上的細鋼絲做鐵在氧氣中燃燒實驗失敗了，其主要原因應該是窗紗上的紡織鋼絲是低碳鋼，以前資料一般解釋的有氧化膜、氧氣不純、沒有達到著火點等原因雖然存在，主要原因還是含碳量太低。

3 其它不含碳金屬的燃燒

鎂、鋁的冶煉方法決定了鎂、鋁通常都比較純，特別是鎂、鋁中不含碳(最多含有痕量的碳)。正是由于這個原因，實驗中鎂、鋁的燃燒現象有別于鐵的燃燒，雖然放出大量的熱，溫度更高，發出耀眼白光，并有少量物質氣化(僅在表面)而導致產生少量白煙，但是由于沒氣體產生，所以體積不會急驟變化，因而也就沒有火星四射的現象。

假設鐵中含有0．5％的碳。則反應后將生成超過6％(分子個數比例，以產物為CO₂與Fe₃O₄粗略計算)的二氧化碳分子，大量二氧化碳分子的氣化足以推動周圍的熔化物向四周飛濺。正是由于熔化物不斷向四周飛濺，使反應生成的氧化物脫離鐵絲表面。使里面較純的鐵能與氧氣進一步反應。因而使含有一定量碳的鐵在氧氣中燃燒比純鐵容易。并持久，比鋁更容易點燃。

從上面可以看出，凡是在固體或液體內部能產生氣體，其壓強能推開其包圍物，就可以形成爆裂物，如果溫度足夠高，我們就可以看到火星四射。鐵絲燃燒火星四射的原因是鐵中含有一定數量的碳，碳的存在同時導致鐵容易燃燒。所以為了使鐵絲在氧氣中燃燒現象明顯，建議采用含炭量較高的鐵制品，如圓珠筆中的彈簧等。

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