身边的化学专业知识省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

身边化学燃烧现象第1页Nature is a phoenix,which burns itself,and takes its regeneration from the ashes.-Kant这里断章取义引用一下,不过可见燃烧现象燃烧现象是自然界发生最主要改变之一。我们现在知道，燃烧实际上是一个氧化过程，即：可燃物质，通常是碳氢化合物，与氧反应生成二氧化碳和水，而且释放出能量过程。但在化学史上，物质燃烧本质却成了一个长久难解谜。燃烧给人们最普遍感觉是：物体燃烧时好像有某种东西从中逃去了，一缕青烟冉冉而去，只留下少许灰烬。第2页于是化学家猜测，在燃烧时是否某种易燃元素逃逸了。即使与此同时，冶金化学家发觉了一个与上述现象相反事实，即金属在加热时变成较重粉末金属灰。不过他们只埋头于实际工作，对这么理论问题不感兴趣，也不去深究。第3页当初英国著名化学家波义耳曾定量地研究过金属在密闭容器中燃烧后增重试验，并将金属燃烧解释为：金属+火微粒=煅灰。但他没有在这个基础上继续深入研究，尤其忽略了研究与金属亲密接触空气发生了什么改变，为了说明试验事实，找了一个“火微粒”来充数，从而未能揭示燃烧秘密。但他把燃烧现象看做是一个可燃物与其它物质结合看法，在当初是少见。第4页与波义耳同时有一位德国化学家贝歇尔，他对燃烧现象也做了相当多研究。他认为燃烧是一种分解作用，物质燃烧时，放出其中“油土”成分后，留下灰烬是简单物质。贝歇尔提出“油土”实际上相当于不久后盛传起来所谓“燃素”。所以后人认为他是与施塔尔共同创立“燃素学说”化学家。第5页贝歇尔学生施塔尔是德国一位医生兼化学家，曾任哈雷大学医学和化学教授，后任柏林普鲁士王御医。17施塔尔在总结了燃烧观点，尤其是贝歇尔观点后，系统地阐述、发挥了燃素学说。燃素学说在化学史上几乎统治了一个世纪，对化学影响是深远。第6页燃素学说认为一切可燃物质中都含一个能够燃烧要素，即所谓燃素，它在燃烧过程中从可燃物里分散出来，从而发光发烧。而空气是带走燃素必需媒介物，燃烧一定要有空气才能实现。木头富含燃素，能燃烧，燃烧时燃素散逸，剩下灰烬。第7页 不过，许多有头脑科学家自燃素、提出那一天起，就对它抑有怀疑。首先，史塔尔口口 声声提到燃索，从来有被分离出来过。其次，金属在焙烧过后，总是增加了若干重量。按燃素说观点，燃素在燃烧过程中丧失。但燃烧后物质反崦增重。按燃素说观点，燃素在燃烧 过程中丧失。但燃烧后物质反而增重，这极难令人信服。不过，尽管许多科学家长久怀疑燃 素说，真正否定这个错误观点，揭示出燃烧实质是18世纪科学家拉瓦锡。第8页拉瓦锡(1743-1794年)法国化学家。他在英国化学家普列斯特利研究基础上，提出：空气本身不是元素，而是混合物，主要由氧、氮组成。氧气是一咱利于呼吸和助燃气体。他深入说明：燃烧过程在任何情况下，都是可燃物质与氧化合，而并非塔尔认为是可燃物放出燃素分解反应。拉瓦锡发觉是极为可贵。燃烧过程实质终于被人们掌握。自此当代化学化系得以建立，促进了化学事业发展。第9页各种燃烧现象镁在空气中燃烧，产生刺眼强光，生成白色固体MgO。铝在氧气中燃烧，产生更为刺眼强光，放出大量热，生成灰色固体Al2O3。铁丝在氧气中猛烈燃烧，火星四射，放出大量热，生成黑色固体Fe3O4。钠在空气中燃烧，火焰黄色，生成Na2O 钾在空气中燃烧，火焰紫色，生成K2O 铜能够在空气中受热氧化，也能够在氧气中燃烧，生成黑色固体CuO 第10页硫在空气中点燃生成淡蓝色火焰，在氧气中生成蓝紫色火焰，生成SO2 碳在空气中燃烧，有刺眼黄色火焰，生成CO2，燃烧不完全生成CO 氢气在空气中燃烧有淡蓝色火焰，生成液态H2O 一氧化碳在空气中燃烧是产生淡蓝色火焰，生成CO2 第11页奇特燃烧现象 1982年，法国东部城市梅茨有家麦芽厂粮食仓库发生了大爆炸，4 座几十米高钢筋混凝土粮食仓库被摧毁，18人死亡，全厂陷入瘫痪，周围居民也受到极大惊吓。调查分析结果表明，罪魁祸手竟然是仓库里粮食粉尘。第12页其实这也不希罕，我们知道燃烧充分必要条件有两个：一是温度要到达物质燃点，二是要有充分空气。粉尘体积很小，而且每一粒粉尘表面都同空气充分接触，当空气中粉尘含量到达一定程度时，任何一个微小火种都会使它到达燃点而燃烧起来，并使有限空间空气温度由室温一下子升到几baidu以上。这时候空气会急剧膨胀起来，从而引发爆炸。第13页梅茨粮仓爆炸事件并不是唯一事故。据统计，仅美国新奥尔良市一地，来就发生了400多起这么事故，造成200多人死亡和几千万美元损失。所以人们把粉尘看作是仓库“敌人”。为了防止这么悲惨事故，除了尽可能不使粉尘飞扬外，通常也同加油站一样，都要在门口挂上“禁止烟火”红色字牌，以引发人们高度警觉。第14页粮食粉尘会发生燃烧现象，像面粉、硫磺、淀粉、煤粉、糖等物质在仓库储备或在运输过程中也会发出燃烧现象。不一样是，不一样粉尘在空气中引发爆炸最低密度是不一样。淀粉和硫磺粉尘在每升空气中含量超出7 毫克时，遇火就会爆炸；而面粉、糖粉爆炸极限为每升10毫克；煤粉爆炸极限为每升17毫克。第15页最奇特燃烧现象是发生在我国广西兴安县小宅村“群火”。1981年以来，每到秋季，莫名其妙火灾频频出现。村里物品不明不白地自燃起来，而且起火点总是同时在多处发生，给村民们造成了损失，还引发了村民们恐惧。第16页教授们曾经到那里实地调查，据了解，小宅村村西约 2千米处正在开采硫磺矿。“群火”现象很可能是硫磺粉尘燃烧生成了二氧化硫，二氧化硫继续与空气中氧气结合生成三氧化硫，三氧化硫与空气中水蒸汽结合成硫酸，硫酸作为脱水剂使得物质碳化而发生了燃烧。第17页人体自燃人体自燃现象最早见于17世纪医学汇报，时至今日，相关文件更是层出不穷，记载也更为详尽。那么，什么是人体自燃呢？人体自燃就是指一个人身体未与外界火种接触而自动着火燃烧。第18页1949年12月15日，美国新罕布什尔州一个53岁、名叫科特里斯妇女在家中被烧死了。曼彻斯特警方在调查中发觉，那具不像人形恐怖尸体躺在房间地板上，可是房间内物体却没有遭到丝毫破坏，而且壁炉也未曾使用过，甚至在其它地方也找不到火种。美联社报道说：“该妇人在燃烧时一定像个火球，不过火焰却没有烧着她家里任何木料。”这事实令人惊诧。第19页1951年佛罗里达州圣彼得堡利泽太太被人发觉在房中化为灰烬，房子也是丝毫未受损坏。在这个案件中，调查人员使用各种当代科学方法，以确定这一神秘意外来龙去脉。可是，即使有联邦调查局纵火案教授、消防局官员和病理教授通力合作研究，历时一年依然没有把事件搞清楚。第20页在发生事故现场除了椅子和旁边茶几外，其余家俱并没有严重损毁，可是在屋内却出现了一个奇怪现象：天花板、窗帘和离地4英尺以上墙壁，铺满一层气味难闻油烟，在4英尺以下墙壁却没有。椅子旁边墙上油漆被烘得有点发黄，但椅子摆放处地毯却没有烧穿。另外在10英尺外一面挂墙镜可能因为热力影响而破裂；在12英尺外梳妆台上两根蜡烛已经熔化了，但烛芯依然留在烛台上没有损坏；第21页位于墙壁4英尺以上塑料插座也已熔化，但保险丝没有烧断，电流依然通畅，以至于护壁板电源插座没有受到破坏。与一只熔化了插座连接电钟已经停摆，上面时间刚好指在4点20分。当电钟与护壁板上完好插座连接时，依然可继续走动。附近一些易燃物品如一张桌子上报纸以及台布、窗帘，却全部安然无损。第22页在世界其它地域亦有像利泽太太这么人体自燃事例，而且自燃形式各种多样，有些人只是受到轻微灼伤，另一些则化为灰烬，更令人不可思议是，受害人所睡床、所坐椅子，甚至所穿衣服，有时候竟然没有烧毁。更有甚者，有些人即使全身烧焦，但一只脚、一条腿或一些指头却依然完好无损。在法国巴黎，一个癖好烈酒妇人在一天晚上睡觉时自燃而死，整个身体只有她头部和手指头遗留下来，其余部分均烧成灰烬。第23页在以前发生过人体自燃事件中，男女受害人数目百分比大致相同，年纪从婴儿到114岁老人都有，其中很多是瘦弱。他们有人是在火源附近自燃，有人却是在驾车或是毫无火源地方行走时莫名其妙地着火自燃。第24页不过，时至今日，当代科学界和医学界都否定人体自燃说法。有些人即使曾经提出一些理论，不过一直没有合理生理学论据足以说明人体怎样自燃甚至于化为灰烬，因为假如要把人体骨髓和组织全部烧毁，只有在温度超出华氏3000度高压火葬场才有此可能。那么，至于烧焦了尸体上尚存有未损坏衣物或者是一些皮肉完整残肤就更令人以为有些神秘莫测了。第25页自燃是因为可燃混合气体（或蒸气）本身热量或与无火花、无火焰热表面接触，使温度升高，以及化学反应速度急剧增加而引发着火现象。在燃烧理论中自燃分为热自燃和链自燃两种。热自燃理论认为可燃混合气体化学反应热量牛成速率超出系统散热速率，从而有过剩热量加热可燃混合气体，使化学反应伴随温度升高而快速加紧，进而使混合气体温度快速升高，直至引发混合气体燃烧。第26页链自燃理论认为使化学反应自行加速不一定是依靠热量积累，而是经过链锁反应，快速增加活化中心来促使反应不停加速，直至着火燃烧。自燃是一个复杂化学和物理现象。对可燃混合气体，在发生自燃时总是需到达一定温度。第27页我们生活在一个危险世界里，身边有各种易燃、易爆东西。那么，我们身体会不会突然起火？这种想法存在已久，一些莫名其妙燃烧现象似乎也证实了人体自燃发生。人体自燃这是真实事件还是凭空捏造？不论相信是否，我们将一同检验证据，看看科学与超自然现象会碰撞出怎样火花。第28页“人体自燃”似乎一直存在，为何自燃却一直没有答案。1986年3月26日黄昏，美国纽约州北部消防员接到报案，请他们去调查一起让人摸不着头脑火灾。那个叫乔治莫特人上床睡觉时候还好好，一个原本有180磅重人，最终被烧得只剩下三磅半骨头，可是，火却没把房子烧掉。几十年来，火灾研究员们一直百思不得其解。什么样火能够吞噬一个人却不会烧掉他所在房间？看到自己身体燃烧起来，这个人一定会设法灭火。除非，火势太猛，来不及扑救。这不是惟一一起人被神秘火烧死事件。第29页几个世纪以来观点一直认为吞噬这些人火焰来自他们自己身体里面。支持者把这称为“人体自燃”。拉里阿诺德撰写燃烧一书，讲就是人体自燃。反正确人则认为，人体自燃纯属无稽之谈。在极少数事件里，有目击证人，而且自燃者在燃烧之后活了下来。元旦，在比利时布鲁塞尔北面，阿黛儿瓦达克正和家人一起从海滩拣了一些贝壳后，开车回家，突然发觉自己大腿冒出火焰。她从腰部到膝盖被严重烧伤。她医生至今无法查明起火原因。为了寻找真相，拉里阿诺德，全球著名异常火灾研究员和法医生物学家马克贝尼奇决定对此进行调查。第30页烛芯效应成功地解释了为何有些人连骨头都化为灰烬，关于这些怪异燃烧案例，17世纪欧洲，有些医生认为答案是酒精！但假如真是这么，那么身体应该是从里面开始燃烧。在缺乏氧气体内，这种事显然不会发生。最近出现了一个相对合理解释，被称为烛芯效应。有时，最离奇谜题有着最平凡谜底。科学家认为，我们能够把一个穿着衣服人，构想为里外反转蜡烛，衣服是烛芯，人体脂肪是蜡。第31页即便是很小火苗也可能会穿透皮肤，点燃脂肪，而后慢慢地、连续地燃烧。法医生物学家马克用一块布和一块猪肉演示了这种效应。猪脂肪与人类脂肪十分相像。假如条件符合，脂肪和布就会像蜡烛一样，烧到几乎什么也不剩。烛芯效应几乎是个完美答案，它证实了人体本身就有燃烧源，只要环境条件符合，人体就能够自我毁灭 第32页然而有一点疑问是烛芯效应未能回答：用猪做试验时，常会留下不少完整骨头，而在被认为是人体自燃事件中，骨骼多半都化为灰烬。人类学硕士安吉克里斯滕森专心攻克这个问题。安吉发觉，人体自燃受害者与最轻易患骨质疏松症人群基本情况非常相近。而骨质疏松人骨在火葬时更轻易被烧尽。烛芯理论也解释了这些案例中一个怪诞现象：为何腿脚经常完好无损？脚和小腿上脂肪极少，而且通常没有被布料包裹也就是说，没有燃料、也没有烛芯。研究者认为，烛芯效应显然是造成乔治莫特死亡原因。第33页阿黛儿事件中造成自燃是贝壳上沾有钠，烛芯效应或许能说明乔治莫特死因，却无法解释阿黛儿瓦达克遭遇。她大腿在目击者面前燃烧起来。在比利时，拉里阿诺德和马克贝尼奇在阿黛儿一案中将有重大突破。在调查过程中，贝尼奇仔细查看了相关阿黛儿衣物及贝壳分析汇报，结果发觉了一条被忽略线索，那就是钠。第34页钠是不溶于水蜡质金属，遇水会有强烈反应。钠跟水起反应后，会产生一个非常活跃物质：氢氧化钠。反应过程释放出热量，继而使衣物和布料开始燃烧。火花处处乱窜，这可能就是他们看到火花。这种火极难扑灭，这也跟目击者说法吻合。第35页“人体自燃”受害者大多年迈、体重超标、吸烟，而且独居，关于神秘火灾之谜，科学已提供了部分答案；那么，能否解释乔治莫特遭遇？还有一个问题还未解开：会是什么引发了这场致命火灾呢？贝尼奇说：“关于莫特先生意外遭遇，有几个可能解释。”被认为是人体自燃案例中有一条经常出现线索：吸烟。没有些人知道那天晚上，他是否曾吸烟，但贝尼奇相信有这个可能。第36页贝尼奇说：“有汇报指出，他原来是吸烟，以后戒掉了；也有汇报说，他仍在吸烟。我们必须把这种情况考虑进来。当初他正躺在床上。他可能意外点燃了什么，最有可能是床上东西；接着，他被一氧化碳呛昏，在以后整个过程中一直没有醒来。”闷燃床单散发出无味致命气体一氧化碳，他可能因为吸入一氧化碳而昏迷。第37页接着，火烧进皮肤、点燃脂肪，把他变成了迟缓燃烧蜡烛。他衣服和床单就像是烛芯，他脂肪是蜡。火热度不够高，所以没烧掉房间里其它物品。烛芯理论是一项重大突破，这显然就是乔治莫特事件原因。确凿事实是：从没有些人亲眼目睹一个人或是一个动物自行燃烧、并化为灰烬。更糟是：在被疑为人体自燃案例中，受害者大多是年迈、衰弱人，常有体重超标、吸烟等问题，而且都是独居。第38页从这一点来看，这起事件应该与超自然现象无关。事情经过可能是这么：沙滩上四散着烟火，阿黛儿放进口袋里贝壳上沾有烟火残渣中钠。以后，她把湿手绢放进了同一个口袋里，钠也所以被点燃。阿诺德和贝尼奇向阿黛儿说明了他们发觉。马克说：“检验结果明确显示现场有钠，有什么东西沾到了钠。假如把钠放进水里、就会生热，在一些情况下，这股热量足以让东西燃烧起来。”拉里说：“现在我们能够必定这是自燃，毫无疑问。”第39页待揭之谜三百多年来，科学家对这个问题不停探索，从200多个案例中，科学家发觉：男女百分比大约一致，年纪从4个月到114岁都有。饮酒有度和身体胖瘦都有。有案例发生在走路、开车、划船、跳舞过程中。有人认为人体自燃与体内过量可燃性脂肪相关，把这种脂肪比喻为燃起烛油，衣服如同烛蕊。有些人认为人体内有某种天然“电流体”，它能造成体内可燃性物质燃烧以至于造成高度可燃性物质结构“体内分解”。还有些人认为体内磷积累过多，产生了“发光火焰”。第40页 新近一个解释是从物理学角度进行，认为体内可能存在一个比原子还小“燃粒子”，能够引发燃烧。伴随更多深入调查研究和科学水平提升，科学家们相信迟早会解开这个几世纪来一直使人因惑不解秘密。第41页