Chimica del fiammifero

fonte math.waikato

Il fiammifero è un utensile per produrre rapidamente del fuoco, composto solitamente di un fusto in legno, carta paraffinata o cotone e con  un'estremità, detta capocchia, rivestita di materiale facilmente infiammabile.

L'accensione del fiammifero è dovuta ad una fonte di energia esterna fornita da un attrito. Sfregando la capocchia su una superficie ruvida si produce la temperatura di accensione della miscela di cui è composta l'estremità del fiammifero e, via via, con l'aumento della temperatura, si accendono anche le altre strutture del fiammifero a più alta soglia di accensione.

Composizione del fiammifero.

• Fusto composto da un bastoncino in legno, cotone o carta paraffinata, di lunghezza variabile. Il legno ha una temperatura di accensione di circa 300°C[1], la carta di circa 250°C [2] e il cotone di circa 450°C [1].
• Capocchia formata da una miscela a bassa temperatura di accensione, intorno  agli 80°C, composta di solfuro di fosforo, sesquisolfuro di fosforo e clorato di potassio, clorato di potassio e solfuro di antimonio o altre miscele. In alcuni tipi di fiammifero, tra la capocchia e il fusto è disposto uno strato di paraffina, che presenta una temperatura di accensione di 150°C.

Fosforo bianco.

Inizialmente, la composizione della capocchia utilizzava miscele contenenti fosforo bianco ma, data la sua elevata tossicità è stato bandito dalla fabbricazione dei fiammiferi.E' pericoloso sia per inalazione che per ingestione, provocando necrosi dei tessuti, inoltre deve essere conservato in ambienti protetti perchè ha una temperatura di accensione spontanea intorno ai 40°C. A contatto con i tessuti organici provoca ustioni che si diffondono molto velocemente.L'ultima nazione a mettere al bando il fosforo bianco nella fabbricazione dei fiammiferi è stata la Cina nel 1923.

Fiammiferi speciali.

Esistono diverse tipologie di fiammiferi speciali, i quali rispondono a particolari esigenze.

Per esempio:

• Fiammiferi svedesi. La miscela della capocchia si accende solo su una superficie specifica. Sono detti anche fiammiferi di sicurezza, in quanto la miscela a maggiore infiammabilità non è tutta nella capocchia ma è suddivisa tra capocchia e superficie di sfregamento. La superficie è composta infatti di polvere di vetro e fosforo rosso, mentre la capocchia è composta di solfuro di antimonio e clorato di potassio.
• Fiammiferi che si accendono ovunque: questa caratteristica è data dalla composizione in sesquisolfuro di fosforo e clorato di potassio che, oltre che accendersi  su qualsiasi superficie ruvida ha un'accensione meno violenta dei classici fiammiferi.
• Fiammiferi che si mantengono accesi controvento. Questa caratteristica è dovuta all'impregnamento del fusto, che è rivestito di una miscela di clorato di potassio e solfuro di antimonio, il che consente di mantenere accesa la fiamma anche in presenza di vento.

fonte en-wikipedia

Reazione chimica.

Lo sfregamento della capocchia del fiammifero su una superficie ruvida innalza la temperatura di una piccola parte della capocchia al di sopra della temperatura di accensione (80°C). Ben presto tutta la capocchia prende fuoco elevando la temperatura fino a quella d'accensione della paraffina (150°C) e così di seguito per la temperatura di accensione del fusto. Il solfuro di fosforo è un insieme di composti con formula generale P4Sx, in cui la x dello zolfo può assumere un valore da 2 a 10. Il nome  IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) di uno di questi composti è trisolfuro di tetrafosforo, in formula P4S3.

La sua reazione chimica in presenza di ossigeno è

P4S3 + 8O2  -> P4O10 + 3 SO2

con formazione di anidride fosforica (decaossido di tetrafosforo) e anidride solforosa (diossido di zolfo).




E ora, per finire, due filmati in UltraSlowMotion dell'accensione di un fiammifero.












[1] http://www.economypoint.org/i/ignition-temperature.html
[2] http://hypertextbook.com/facts/2003/LewisChung.shtml
Altre fonti:
http://en.wikipedia.org/wiki/Match
http://fisicavolta.unipv.it/didattica/Energia/ITA/reazionichimiche.htm
http://www.webqc.org/balance.php?reaction=P4S3%28s%29%2BO2%28g%29%3DP4O10%28s%29%2BSO2%28g%29
http://it.wikipedia.org/wiki/Solfuro_di_fosforo