面粉爆炸是指面粉颗粒遇明火产生爆炸的现象。
生产过程中,产生大量的面粉的极细的粉尘,当这些粉尘悬浮于空中,并达到很高的浓度时,比如每立方米空气中含有9.7g面粉时,一旦遇有火苗、火星、电弧或适当的温度,瞬间就会燃烧起来,形成猛烈的爆炸,其威力不亚于炸弹。粉尘之所以会成为“炸药”,是因为粉尘具有较大的
比表面积。与块状物质相比,粉尘化学活动性强,接触空气面积大,吸附
氧分子多,氧化放热过程快。当条件适当时,如果其中某一粒粉尘被火点燃,就会像
原子弹那样发生连锁反应,爆炸就发生了。
爆炸案例
二战期间,希特勒的空军不断轰炸英国,炸弹从天而降。英国一家
面粉厂的厂主暗自庆幸炸弹没有击中他的厂房,但几乎与炸弹落下的同时,车间里自己发生了大爆炸,屋顶飞上了天,爆炸的威力超过了炸弹的破坏作用。与此同时,其他几家面粉厂也发生了爆炸。
这种奇特的爆炸使工厂损失惨重,而且令人莫名其妙,因为没有炸弹落到厂房上,况且车间里只有面粉和机器,没有炸药一类爆炸物品。
由于炸弹爆炸的
气浪掀起了车间里的面粉粉尘,使得空气中所含的面粉达到了一定的浓度,并且遇火后发生了爆炸。
爆炸物是面粉。
爆炸原因
粉尘之所以会成为“炸药”,是因为粉尘具有较大的
表面积。与块状物质相比,粉尘化学活动性强,接触空气面积大,吸附
氧分子多,氧化放热过程快。当条件适当时,如果其中某一粒粉尘被火点燃,就会像
原子弹那样发生连锁反应,爆炸就发生。
面粉厂里的
粉碎机要把小麦加工成很细很细的面粉,粉碎机就要消耗电能而对被加工的物料做功,使物料被粉碎。其中,粉碎机所做的功的一部分转化成能量,而储存在被粉碎以后的物质颗粒表面,这部分能量在
物理化学中被叫做“
表面能”。并且,对于一定的物质来说,被粉碎的程度越大,即颗粒越小,则
比表面积(总颗粒表面积与质量的比值)越大,那么表面能也就越大。例如,一块1公斤重的
二氧化硅的表面能为0.2
焦耳,这是很小的,它只相当于把1公斤的物体举高0.02米所做的功。但是,若把它粉碎成面粉一样细小的粉尘后,其表面能可达2.7×10^6焦耳,即相当于把同样重的物体举高2700米所做的功,表面能竟增大了1000万倍。
由于粉尘具有这么高的表面能,同大块的物料相比,它就很容易发生物理变化或化学变化将其
能量释放出来。这个道理就好似由于高处的水比低处的水有多余的势能,因此它要向低处流一样。所以,这些平时看起来微不足道的细小粉尘一遇适宜的条件,与空气充分混合,遇火后,它就会迅速地发生激烈的
燃烧反应,在瞬间放出巨大的能量,这样一个令人惧怕的事——面粉爆炸也就随之发生。不光是面粉,凡是易燃烧的粉尘如可可、
软木、木材、轻
橡胶、皮革、塑料,以及几乎所有的
有机化合物和各种
无机材料如硫、铁、镁、钴等的粉尘,如果这些粉尘在空气中达到一定的浓度时,只要一遇到明火,即使是星星之火,也会引起一场轩然大波——发生剧烈的爆炸,而且有时这些细尘的爆炸也决不亚于炸弹的破坏作用。例如,在1846年,英国的哈尔威煤矿发生了一次大爆炸,当时著名科学家法拉第为英国内务部调查这次
爆炸事件的报告上曾这样写道:“
甲烷混合物的燃烧和爆炸会掀起存在于坑道里的全部
煤尘,并且使之着火。”
原因是多方面的。首先,面粉和糖的组成中都含有碳、氢等元素,它们都是可以发生燃烧的物质。不过,虽然面粉和砂糖都是
可燃物,但我们从平时的生活实践中知道,它们决不会像
黑火药那样一点就燃。它们爆炸的重要条件是粉尘的颗粒特别细。
那些工厂在
生产过程中,产生大量的面粉和砂糖的极细的粉尘,这些粉尘又到处飞扬飘动。当这些粉尘悬浮于空中,并达到很高的浓度时,比如每立方米空气中含有9.7g面粉或9g砂糖时,一旦遇有火苗、火星、电弧或适当的温度,瞬间就会燃烧起来,形成猛烈的爆炸,其威力不亚于炸弹。
相关知识
关于爆炸,可以举出许多的例子,不过,我们最熟悉、最感兴趣的爆炸大约要算是鞭炮炸响了。让我们以鞭炮为例,具体看看爆炸是怎么一回事。
鞭炮中填装的黑色粉末是火药,它是用
硫黄、
木炭粉和
硝酸钾混合而成的。在这3种成分中,硫黄和木炭是可燃物质,与氧气化合时会产生
二氧化硫、
一氧化碳和
二氧化碳等气体;硝酸钾在加热时会分解放出氧气,帮助硫黄和木炭迅速燃烧。
鞭炮的
药线点燃后,会一直烧到鞭炮里的火药中。这时,里面的火药急骤燃烧起来,放出大量的热,同时生成许多气体,这时火药的体积会猛增1000多倍,外面那层紧裹着的
草纸层当然受不了这么大的压力。于是“啪”的一声,草纸层炸破了。
在鞭炮里发生的,是小型的爆炸。如果我们将鞭炮做得很大,比如说有一个人那么大,里面装进燃烧能力比火药更强的炸药,外壳包装换上结实的钢板,那么,这大“鞭炮”的爆炸就很可怕了。事实上,这样的大“鞭炮”是有的,就是人们称为“炸弹”的那类装置。
附带讲一下,爆炸并不是非要在燃烧的情况下才能发生的。比如家庭里利用高压锅煮食物,如果
高压锅的
安全阀小孔被堵塞住了的话,那么锅里产生的大量
水蒸气无路可走,就可能将锅胀破,发出砰然轰响,这也是爆炸。
又如,原子核发生裂变时会放出巨大的能量,如果不加控制地让
原子核发生裂变的连锁反应,那样产生的能量将是极为可观的。实际上,原子弹就是利用这一原理制造的。原子弹爆炸的威力,我们的读者都是知道的。
另外,爆炸也不一定非要在密闭容器里发生,如果燃烧范围较广,速度又非常快的话,那就会使
周围的空气迅速猛烈膨胀,从而发生爆炸。
掌握了这些关于爆炸的基本知识后,谈刚才的问题就容易了。