面粉为什么也会形成那么严重的爆炸?

面粉为什么也会形成那么严重的爆炸?

在第二次世界大战期间,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. 那么,产生这种奇怪的爆炸原因是什么呢? 原来,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. 少年朋友也许会穷追不舍：面粉又不是炸药怎么会爆炸呢? 我们知道,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,则表面积越大,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2.7×106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.” 小粉末制造大悲剧 奇特的爆炸案 1977年12月22日中午,一声惊天动地的爆炸声在美国威斯威科市响起,方圆十几公里的居民明显地感觉到爆炸时巨大的冲击波引起的震动,建筑物上的玻璃窗纷纷震落下来,“哗啦啦”响成了一片. 是什么发生了爆炸?被突如其来的爆炸吓蒙了的人们实在想不出来.要知道,威斯威科市是一个仅有数万人口的小城市,此地既没有军队的弹药仓库,也没有易燃易爆的工厂啊! 惊魂甫定的人们将眼光扫向了爆炸声传来的方向.啊!那里升腾起了10多层楼房高的火柱,而且,有大朵蘑菇状的烟云正在升起.那情景,就像发生了原子弹爆炸. 被此情景惊骇的人们更加疑惑不解了：那里是一座贮存面粉的粮库啊,面粉怎么可能发生爆炸呢? 威斯威科市民的疑问和我们的读者在刚才实验中产生的疑问是一样的.要解答这疑问,得从一些基本的知识讲起. 爆炸的一般知识 关于爆炸,我们的读者是可以举出许多例子的,不过,我们最熟悉、最感兴趣的爆炸大约要算是鞭炮炸响了.就让我们以鞭炮为例,来具体看看爆炸是怎么一回事吧. 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；硝酸钾在燃烧时会分解放出氧气,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. 面粉爆炸 首先可以明确地告诉你,面粉是可以引起爆炸的.还可以进一步告诉你,不但是面粉,就连砂糖这类给人留下甜美印象的物质也可能发生爆炸.在工业史上,面粉厂和使用砂糖、面粉做原料的食品厂,爆炸事故并不罕见. 那么,面粉和砂糖爆炸的原因是什么呢? 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. 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,爆炸就发生了. 这类爆炸的结果几乎都是悲剧性的. 悲剧的酿成 在我们刚才的实验中,一开始,蜡烛守着面粉安静地燃 烧,因为空气中并没有可燃烧的粉尘.当你吹了一口气后,面粉顿时飞扬开来,纸盒内充满了粉尘.飞扬的面粉微粒遇到蜡烛火焰就被点燃,几乎在一刹那间就引发了爆炸. 我们的实验,几乎是威斯威科市的悲剧的一次小型重现. 威斯威科市粮库有着几十个高大的贮粮仓.面粉入库时,要经过提升塔从平地提升到高处,再由皮带运输机分配到各贮粮仓去. 那天中午,一批面粉正在进仓,提升塔的皮带运输机“吱吱”地响着,源源不绝地将面粉送入.长时间运行的皮带运输机在运转中因为摩擦生热,引起面粉粉尘着火,紧接着就形成了爆炸.那大朵蘑菇状的烟云,乃是大量面粉粉尘受到爆炸的激荡而形成的. 这次爆炸,炸死了36人,重伤9人,有48个贮粮仓的大粮库被夷为平地,连附近的一座办公楼也彻底炸毁.闻此凶信的人们不禁为之咋舌：小小粉尘发起脾气来竟是这样的厉害! 防止悲剧重演 类似威斯威科市粮库那样的粉尘爆炸悲剧,曾在世界许多地方重演过.1987年3月17日,我国哈尔滨亚麻纺织厂主厂房发生了一起特大爆炸事故,爆炸之后又引起大火,共造成58人死亡,177人受伤.梳麻车间、前纺车间、地下麻库、换气室、除尘室全部变成废墟.现场惨不忍睹,损失巨大.事后的调查证明,爆炸是由在生产过程中产生的亚麻粉尘引起的. 应该防止这样的悲剧重演! 只要我们注意除尘和杜绝火种,悲剧是可以避免的. 拿煤矿来说吧,在开采中产生的煤尘和岩尘是有可能引起爆炸的,所以人们除了安装通风排尘装置外,还在矿井坑道中洒水、喷雾,造成较高的湿度,不易引起爆炸.在矿井中绝对禁止使用明火,电气设备也都有屏障,绝不允许电火花跑到外面来. 在参观煤矿和面粉厂时,是不允许穿带有铁钉的鞋子的,现在我们懂得其中的道理了吧：铁钉和地面的撞击、摩擦可以引起小火星,是有可能酿成悲剧的