铁丝在氧气中燃烧为什么会火星四射

    铁丝在氧气中燃烧为什么会火星四射呢？这是因为我们实验用的铁丝不是纯铁，铁丝中含有一定数量的碳（其实还包括微量的硫、磷），碳与氧气或熔融状态的铁的氧化物反应生成二氧化碳气体，二氧化碳气体使体积迅速臌胀，推动周围的呈熔融状态的铁及其氧化物向四周飞溅，于是我们便看到火星四射的实验现象。通过大量实验得到如下结果：
　　
　　１.木炭与铁在氧气中燃烧有相似的实验现象
　　

　　上面这幅图中的实验现象相信大家都比较熟悉，其中有一瓶是木炭在氧气中燃烧，另两瓶是含碳量不同的铁丝在氧气中燃烧你知道哪瓶是木炭在燃烧吗？对了，就是中间这瓶：乙瓶。从图中我们可以清楚地看到乙瓶木炭燃烧现象与丙瓶中铁丝燃烧现象近似。它们为什么会有相似的火星四射的现象呢？因为它们燃烧时生成的气体使固体或液体向四周飞溅形成爆裂物。具体一点，在点燃的铁丝上，在氧气能够到达的浅表面发生碳与氧气直接生成二氧化碳的反应，稍深一点的由于熔融状态物质的流动性，碳与新生成铁的氧化物反应生成二氧化碳，二氧化碳推动周围的熔化物向四周飞溅。
　　
　　２.铁中含碳量不同，则实验现象不同
　　
　　上面图中甲瓶与丙瓶显示的都是铁丝在氧气中燃烧的现象，为什么甲瓶中的火星明显没有丙瓶中的多呢？其实就是它们含碳量不同。较纯的铁丝（工业级）在氧气中燃烧火星较少，弯成螺旋状有时不能燃烧，或燃烧不能持久，采用较多量铁丝疏松缠绕在一起燃烧现象与上图中甲瓶类似；低碳钢铁丝，弯成螺旋状产生火星的数量与甲瓶类似，反应有时不能持久；中高碳钢弯成螺旋状很容易剧烈燃烧，火星四射，本人常采用圆珠笔内的弹簧做该实验，效果很好，从来没有失败过，现象如上图中丙瓶所示。很多老师用窗纱上的细钢丝做铁在氧气中燃烧实验失败了，其主要原因应该是窗纱上的纺织钢丝是低碳钢，以前资料一般解释的有氧化膜、氧气不纯、没有达到着火点等原因虽然存在，主要原因还是含碳量太低。
　　
　　３.其它不含碳金属的燃烧
　　
　　镁、铝的冶炼方法决定了镁、铝通常都比较纯，特别是镁、铝中不含碳（最多含有痕量的碳）。正是由于这个原因，实验中镁、铝的燃烧现象有别于铁的燃烧，虽然放出大量的热，温度更高，发出耀眼白光，并有少量物质气化（仅在表面）而导致产生少量白烟，但是由于没气体产生，所以体积不会急骤变化因而也就没有火星四射的现象。假设铁中含有0.5?的碳，则反应后将生成超过6?（分子个数比例，以产物为CO２与Fe３O４粗略计算）的二氧化碳分子，大量二氧化碳分子的气化足以推动周围的熔化物向四周飞溅。正是由于熔化物不断向四周飞溅，使反应生成的氧化物脱离铁丝表面，使里面较纯的铁能与氧气进一步反应。因而使含有一定量碳的铁在氧气中燃烧比纯铁容易，并持久，比铝更容易点燃。
　　
　　从上面可以看出，凡是在固体或液体内部能产生气体，其压强能推开其包围物，就可以形成爆裂物，如果温度足够高，我们就可以看到火星四射。铁丝燃烧火星四射的原因是铁中含有一定数量的碳，碳的存在同时导致铁容易燃烧。所以为了使铁丝在氧气中燃烧现象明显，建议采用含炭量较高的铁制品，如圆珠笔中的弹簧等。
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