Hóa học đằng sau kính áp tròng

Hàng triệu người đeo kính áp tròng hay contact lense để điều chỉnh nhãn quan, tăng cường ngoại hình và bảo vệ mắt bị thương. Các loại kính này được nhiều người sử dụng do chúng có hoài tương đối thấp, thoải mái, hiệu quả và an toàn. Trong khi các loại kính áp tròng cũ được làm bằng thủy tinh, thì những loại kính đương đại được làm bằng polymer công nghệ cao.

Nếu bạn đã từng dùng những chiếc kính này mà không bao giờ để ý nhiều về chúng thì trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hóa học đằng sau kính áp tròng cũng như những điều khích xung quanh chủ đề này nhé!

Tiêu điểm về kính áp tròng

• Kính áp tròng trước nhất được dùng là loại kính cứng làm bằng thủy tinh.
• Kính áp tròng mềm đương đại được làm từ hydrogel và polymer silicone hydrogel.
• Các loại contact lenses cứng được làm bằng polymethyl methacrylate (PMMA) hoặc Plexiglas.
• Các loại contact lenses mềm được sản xuất hàng loạt, nhưng kính áp tròng cứng được chế tác để phù hợp với người đeo.

Đôi nét về lịch sử

Kính áp tròng đã có từ cuối những năm 1800, tuy nhiên vẻ bề ngoài của chúng nhìn khó chịu hơn nhiều. ban đầu, chúng được làm bằng thủy tinh, gấp từ mắt của thỏ hoặc xác chết, và chỉ có thể được đeo trong thời gian ngắn, không quá vài giờ. Những ống kính thủy tinh này sau đó được làm mỏng hơn một tẹo, nhưng không thực sự cho cảm giác thoải mái, và nên chi những chiếc kính này không quá phổ biến vào thời điểm đó.

tất thảy đã thay đổi với sự ra đời của nhựa vào khoảng những năm 1930 và 40. Các polymer, đây là các phân tử dài được tạo thành từ nhiều đơn vị nhỏ hơn giống hệt nhau được gọi là các đơn phân, rất linh hoạt và tạo thành một thấu kính mỏng hơn nhiều để khít trên bề mặt của mắt. Polymer trước hết được sử dụng làm thấu kính giác mạc trực tiếp là poly (metyl metacrylat) (PMMA), do có một số lợi thế so với thủy tinh.

Và hẳn nhiên là nhẹ hơn và thoải mái hơn. Tuy nhiên, những loại kính cứng này vẫn có vấn đề; chúng không cho phép oxy đi qua, điều này có thể gây ra tác dụng phụ cho mắt, dù rằng điều này không được biết đến vào thời điểm đó. Quan trọng hơn, chúng vẫn còn khá khó chịu.

Bước đột phá thực sự dẫn đến kính áp tròng mà hầu hết những người đeo kính áp tròng của chúng ta ngày nay đã đến vào những năm 1950. Các nhà khoa học Séc đã dùng một loại polymer, poly (hydroxyethyl methacrylate) khác nhau để tạo ra các ống kính hydrogel mềm, dẻo, có thêm lợi thế là có thể thấm oxy. Những ống kính này thoải mái hơn, và như vậy có thể được đeo lâu hơn.

Kính áp tròng mềm

Các kính áp tròng mềm trước tiên xuất hiện vào những năm 1960 được làm từ một hydrogel được gọi là polymacon hoặc “Softlens”. Đây là một polymer được làm từ 2-hydroxyethylmethacrylate (Hema) liên kết chéo với ethylene glycol dimethacrylate. Các kính mềm ban sơ có khoảng 38% là nước, nhưng các ống kính hydrogel đương đại có thể lên tới 70% là nước. Vì nước được sử dụng để cho phép thẩm thấu oxy, vì thế các loại kính này làm tăng sự trao đổi khí. Tuy nhiên, kính hydrogel này rất linh hoạt và dễ bị ướt.

nguyên cớ là do kính hydrogel chứa các mạng lưới các polymer kết liên ngang là ưa nước nhưng cũng không hòa tan. Chúng cuốn và tiếp nhận nước; điều này là do sự có mặt của các nguyên tử có độ âm điện cao như oxy trong polymer, có thể tạo liên kết hydro với nước.

Theo định nghĩa, một hydrogel phải chứa chí ít 10% nước tính theo trọng lượng, nhưng nhiều trong số chúng có thể chứa nhiều hơn – một số gấp tới một nghìn lần trọng lượng khô ban sơ của chúng. Bạn có thể thấy hydrogel này hoạt động khi bạn tháo kính áp tròng. Khi được loại bỏ khỏi độ ẩm, các thấu kính dần co lại và trở nên cứng và giòn khi nước bay hơi. Tuy nhiên, nếu được đặt trở lại trong nước, chúng sẽ phồng lên và trở thành linh hoạt một lần nữa.

dù rằng các kính áp tròng mềm này tốt hơn nhiều trong việc cho phép oxy đi qua, vẫn còn chỗ để cải thiện. Điều này ban sơ được thực hành bằng cách thêm các polymer, đồng trùng hợp khác vào hổ lốn hydrogel, để sửa đổi tính thấm của ống kính.

Tuy nhiên, ngay cả với những tiến bộ này, vẫn khó có thể phát triển một ống kính có thể đeo trong thời kì dài mà không gây thiếu oxy trong mắt. Làm cho các ống kính mỏng hơn đã giúp, nhưng có một giới hạn cho cả hai điều này, và mức độ thấm oxy của các polymer đang sử dụng. Sau đó, các loại polymer khác nhau được yêu cầu để đẩy tính thấm oxy của ống kính hơn nữa.

Silicone hydrogel xuất hiện trên thị trường vào năm 1998. Những loại gel polymer này cho phép độ thẩm thấu oxy cao hơn mức có thể thu được từ nước, do đó hàm lượng nước tiếp xúc không đặc biệt Quan trọng. Điều này có tức thị ống kính nhỏ hơn, ít cồng kềnh hơn có thể được thực hành. Sự phát triển của các kính này đã dẫn đến sự ra đời của các loại kính có thể được đeo qua đêm một cách an toàn.

Tuy nhiên, có hai nhược điểm của silicone hydrogel. Gel silicone cứng hơn các kính Softlens và kỵ nước, một đặc tính gây khó khăn cho việc làm ướt chúng và làm giảm sự thoải mái của chúng.

Ba quy trình đã được dùng để làm cho các kính áp tròng silicone hydrogel thoải mái hơn đó là:

• Một lớp phủ plasma có thể được ứng dụng để làm cho bề mặt ưa nước hơn hoặc “yêu nước”.
• Một kỹ thuật thứ hai phối hợp các tác nhân lặp lại trong polymer.
• Một phương pháp khác kéo dài chuỗi polymer để chúng không liên kết chéo chém và có thể hấp thụ nước tốt hơn hoặc dùng mạch phụ đặc biệt (tỉ dụ: mạch phụ pha tạp flo, cũng làm tăng tính thấm khí).

ngày nay, cả hai loại kính áp tròng mềm hydrogel và silicone hydrogel đều có sẵn. Vì thành phần của kính đã được tinh luyện, nên bản chất của các dung dịch kính áp tròng cũng vậy. Các dung dịch đa năng giúp ống kính ướt, vô trùng chúng và ngăn ngừa sự tích trữ protein.

Kính áp tròng cứng

Các loại kính áp tròng cứng đã xuất hiện được khoảng 120 năm. ban đầu, các kính cứng này được làm bằng thủy tinh. Chúng dày và khó chịu và không bao giờ có được dùng rộng rãi. Các kính cứng phổ thông trước tiên được chế tạo từ polymer polymethyl methacrylate, còn được gọi là PMMA, Plexiglas hoặc Perspex.

Tuy nhiên PMMA kỵ nước, giúp các ống kính này đẩy lùi protein. Những kính cứng này không dùng nước hoặc silicone để cho phép thở. Thay vào đó, flo được thêm vào polymer, tạo thành lỗ chân lông siêu nhỏ trong nguyên liệu để tạo ra một thấu kính thấm khí cứng. Một chọn lựa khác là thêm methyl methacrylate (MMA) với TRIS để tăng tính thấm cho ống kính.

mặc dầu các kính áp tròng cứng có khuynh hướng không thoải mái hơn kính mềm, nhưng chúng có thể khắc phục vấn đề về nhãn quan rộng hơn và chúng không phản ứng hóa học, thành ra chúng có thể được đeo trong một số môi trường mà kính áp tròng mềm có nguy cơ về sức khỏe.

Kính áp tròng hybrid (lai)

Kính áp tròng hybrid hiệu chỉnh tầm nhìn chuyên dụng của kính cứng với sự thoải mái của kính mềm. Một kính hybrid có một trung tâm cứng được bao quanh bởi một vòng vật liệu kính mềm. Những lọa kính áp tròng mới hơn này có thể được sử dụng để điều chỉnh loạn thị và giác mạc thất thường, cung cấp một tùy chọn bên cạnh kính cứng.

Cách làm kính áp tròng

Các kính áp tròng cứng có xu hướng được thực hiện để hiệp với một cá nhân nào đó, trong khi các kính mềm được sinh sản hàng loạt. Có ba phương pháp được dùng để tạo ra kính áp tròng như sau:

• Spin Casting – Silicone lỏng được quay trên khuôn quay, nơi nó polymer hóa hay trùng hợp.
• Molding ( Đúc) – Polymer lỏng được bơm vào khuôn quay. Lực hướng tâm định hình thấu kính khi nhựa được trùng hợp. Khuôn kính được làm ẩm từ đầu đến cuối. hầu hết các kính mềm được thực hành bằng phương pháp này.
• Diamond Turning (Cắt tiện) – Một viên xoàn công nghiệp cắt một đĩa polymer để định hình kính, được đánh bóng bằng cách dùng chất mài mòn. Cả hai loại kính mềm và cứng có thể được định hình bằng phương pháp này. Tròng kính mềm được ngậm nước sau quá trình cắt và đánh bóng.

Dung dịch chứa kính áp tròng

Chúng ta chẳng thể bảo quản kính áp tròng trực tiếp như các loại kính đeo thường nhật mà cần một loạt các hợp chất hóa học để hoạt động – dung dịch làm sạch kính áp tròng cũng cần một số thành phần khác nhau. Có hai loại dung dịch làm sạch: dung dịch peroxide hoặc dung dịch đa năng.

• Các dung dịch peroxide dùng peroxide làm chất sát trùng, thường ở nồng độ khoảng 3%. Một chất xúc tác trung hòa cũng có trong vỏ kính áp tròng (thường là bạch kim, palađi hoặc bạc) để giúp rút cuộc phân hủy peroxide thành nước và oxy, vì nếu không, nó có thể gây tổn thương cho mắt khi đeo.
• Các dung dịch đa năng, mặt khác, thường chứa polyalkylene biguanide hoặc polyqu Parentium. Cả hai đều là polymer có hoạt tính kháng khuẩn. Các polymer của chúng được tạo thành từ các monomer chống vi khuẩn hiệu quả hơn, nhưng chúng sẽ quá khó để đưa vào mắt bạn khi bạn đặt ống kính vào!

Cả hai loại dung dịch làm sạch cũng sẽ chứa một loạt các hợp chất khác để giúp duy trì kính. tỉ dụ như biphosphonate giúp phá vỡ các protein có thể bị kẹt vào kính sau một ngày mài mòn, bên cạnh đó các hóa chất dưỡng ẩm và điều hòa đảm bảo rằng các ống kính vẫn ở trong tình trạng tốt trong khi lưu trữ, bởi vậy chúng hoạt động hoàn toàn khi bạn đeo chúng trở lại.

Đến đây thì bài viết đã hết rồi. nhóng sẽ giúp ích cho các bạn trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về kính áp tròng thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo Thoughtco , C&EN , Theorganicsolution và Compound Interest .

Sự nguy hiểm của amiăng

Nếu bạn có một tuổi thơ dữ dội giống như tôi thì chắc hẳn sẽ biết về những căn nhà mái tôn. Nơi đây có đầy ấp những kỷ niệm của một thời tuổi trẻ. Đặc biệt là những ngày mưa, hầu như những gia đình đều phải hứng nước và trữ trong lu để có xài trong những ngày tháng hạn hán hay nắng nóng. Tôi còn nhớ như in những năm đó, mọi người phải đi xin nước từ khắp nơi để uống.

Nếu bạn chưa bao giờ uống nước mưa hay tắm bằng nó thì thật uổng phí. Cái nước ngọt mát lạnh giữa trưa hè nóng bức. Hiện tại gia đình tôi ở dưới quê vẫn còn xài. Tuy nhiên trong những năm gần đây, tổ chức WHO đã cảnh báo nguy cơ ung thư do dùng những nguyên liệu làm bằng amiăng đã làm tôi vô cùng hoang mang. do vậy, chủ đề bài viết lần này sẽ đề cập về vấn đề này nhé!

Vậy amiăng là gì?

Amiăng là tên gọi chung của một nhóm các khoáng vật silicat dạng sợi. Các sợi này hình thành các khoáng chất rơi vào hai nhóm chính: serpentine và amphibole. Sợi serpentine là xoăn và linh hoạt, trong khi sợi amphibole cứng và thẳng.

Amiăng Chrysotile có công thức hóa học là Mg3(Si2O5) (OH)4, được gọi là “amiăng trắng”, là một loại sợi serpentine. Đây là loại amiăng phổ thông nhất hiện nay, chiếm hơn 90% sản lượng của thế giới bây chừ. Crocidolite (amiăng xanh) và amosite (amiăng nâu) là những sợi amphibole ít được sử dụng hơn nhiều.

Amiăng dùng để làm gì?

Amiăng có khả năng chịu nhiệt và không cháy. Nó cũng là một chất cách điện tốt, và mạnh mẽ trong khi mềm mại và linh hoạt. Do những đặc tính này, nó thường được sử dụng để lợp và cách nhiệt. Các ứng dụng khác là trong ống xi măng, má phanh xe và gạch.

Nhiều quốc gia đã ngừng sử dụng vì các rủi ro về sức khỏe của amiăng đã trở nên rõ ràng.Tuy nhiên, di sản của chúng để lại là nhiều tòa nhà hơn 20 năm tuổi có chứa amiăng. Người ta ước tính rằng Việt Nam là một trong 6 nước vẫn dùng lượng lớn amiăng trong sinh sản, với hơn 50.000 tấn mỗi năm và nó cũng có thể được tìm thấy trong các ngôi nhà cũ. Gần 80% amiăng nhập cảng được dùng để làm tấm lợp. Nó không gây hiểm nguy trừ khi bị tác động, nhưng có thể tốn kém để loại bỏ.

Tại sao amiăng bị cấm?

Lệnh cấm amiăng có hiệu lực sau nhiều nghiên cứu khoa học cho thấy nó có thể gây ung thư ở những người tiếp xúc với nó. Đặc biệt, ung thư phổi và ung thư u trung biểu mô ( MESOTHELIOMA) có thểđược gây ra do xúc tiếp với amiăng.

Bản chất xơ của amiăng là cội rễ của ảnh hưởng sức khỏe của nó. Các sợi rất mịn, có đường kính mỏng hơn 1 micromet, có thể được hít vào. Một trong số chúng sau đó có thể tồn tại trong phổi. Ở đó, chúng có thể gây viêm và sẹo, dẫn đến một tình trạng gọi là bệnh bụi phổi amiăng. rút cục, điều này có thể làm tăng nguy cơ phát triển một số bệnh ung thư.

Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) đã khẳng định rằng vớ các loại amiăng đều gây ung thư. WHO đã kêu gọi tất tật các nhà nước cấm dùng dưới mọi hình thức.

Tác động của việc sử dụng amiăng là gì?

Người ta ước tính rằng bệnh bụi phổi amiăng, ung thư phổi liên quan đến amiăng và ung thư u trung biểu mô gây ra 107.000 ca tử vong mỗi năm trên toàn thế giới. ước lượng thêm cho thấy 4% của cả thảy các bệnh ung thư phổi là do amiăng. Những người tiếp xúc với amiăng tại nơi làm việc có nhiều khả năng phát triển bệnh bụi phổi amiăng hoặc ung thư.

Phải mất rất lâu để các tác dụng của amiăng trở thành rõ ràng vì nó có thể mất một thời gian dài sau khi tiếp xúc với các triệu chứng để phát triển. Trong một số trường hợp, có thể hơn 40 năm trước khi ung thư hệ trọng đến amiăng phát triển và được chẩn đoán.

Amiăng bị cấm ở đâu và vì sao nó không bị cấm ở Mỹ?

Amiăng bị cấm ở hơn 55 nhà nước trên toàn thế giới. Trong hầu hết các trường hợp, đây là tổng số lệnh cấm đối với cả thảy các loại amiăng và toàn bộ các mục đích dùng. Tuy nhiên, ở một số quốc gia, lệnh cấm một phần cho phép sử dụng. Liên quan hơn, chín trong số mười quốc gia đông dân nhất thế giới không có lệnh cấm sử dụng amiăng. Điều này bao gồm Trung Quốc, Nga và Hoa Kỳ.

Năm 1989, Cục bảo vệ môi trường của Mỹ (gọi tắt là EPA) đã cầm đưa ra lệnh cấm hoàn toàn đối với việc sinh sản, nhập khẩu, chế biến và bán các sản phẩm có chứa amiăng. Tuy nhiên, các nhà sản xuất amiăng đã thách thức sự thành công quy định này và nó thu nhỏ lại để chỉ bao gồm một số mục đích sử dụng. Mặc dù việc bồi hoàn cho các bệnh liên hệ đến amiăng đã hạn chế việc dùng amiăng, một số việc sử dụng vẫn được cho phép ở Hoa Kỳ.

vì sao EPA hiện cho phép sử dụng amiăng mới?

EPA đã không dỡ bỏ các lệnh cấm hiện có nhưng đã đề xuất một ‘quy tắc dùng mới đáng kể’ (SNUR) cho amiăng. Điều này sẽ cho phép họ đánh giá và có khả năng ưng chuẩn việc sử dụng amiăng mới. Họ tuyên bố rằng điều này sẽ cho phép họ bảo vệ chống lại việc dùng không an toàn mới. Nhiều bàn cãi hơn, EPA đã đề xuất rằng họ sẽ không đánh giá rủi ro sức khỏe của ‘dùng di sản’ amiăng, có thể loại trừ một số sợi giống như amiăng khỏi các đánh giá rủi ro.

Cũng có một số lo ngại liên tưởng đến tuyên bố của Donald Trump về amiăng. Ông ta tuyên bố rằng ‘phong trào chống lại amiăng được dẫn dắt bởi đám đông, bởi đó thường là các công ty hệ trọng đến leb-mob’ . Tuyên bố này không có cơ sở trên thực tiễn – núm đưa ra các quy định hoàn toàn dựa trên khả năng amiăng đã biết gây ung thư.

Các nhà sinh sản amiăng tuyên bố rằng các sản phẩm amiăng hiện đại không gây ra mối nguy hiểm tương tự như các sản phẩm cũ. Tuy nhiên bằng cớ khoa học không xuất hiện để hỗ trợ điều này. Tổ chức Y tế Thế giới rõ ràng rằng họ coi tất thảy các loại amiăng là gây ung thư, và tiếp tục ủng hộ lệnh cấm hoàn toàn.

Trên đây là những mối hiểm về việc dùng amiăng. cầu mong sẽ giúp ích cho các bạn trong mai sau. Lần sau nếu có ai hỏi về chúng thì hãy nhớ về hóa học đằng sau nhé!

Tham khảo Compound Interest , Philip J LANDRIGANI và WHO .

Lịch sử các loại bút thông dụng

Có bao giờ bạn tự hỏi làm thế nào những cây bút yêu thích của bạn được phát minh? Hay lịch sử ra đời của các loại bút thì xin hãy giành ít thời gian để đọc bài viết này để hiểu rõ hơn và xem ai đã phát minh và cấp bằng sáng chế cho các công cụ này nhé!

Lịch sử bút chì

Than chì là một dạng carbon, lần trước nhất được phát ngày nay Thung lũng Seathwaite bên sườn núi Seathwaite Fell ở Borrowdale, gần Keswick, Anh, vào khoảng năm 1564 bởi một người vô danh. Ngay sau đó, những cây bút chì trước tiên đã được ra đời trong cùng một khu vực.

Bước đột phá trong công nghệ bút chì xuất hiện khi nhà hóa học người Pháp Nicolas Conte phát triển và cấp bằng sáng chế quy trình thường được sử dụng để làm bút chì vào năm 1795. Ông đã dùng hỗn tạp đất sét và than chì được nung trước khi nó được đặt trong vỏ gỗ. Những cây bút chì ông làm là hình trụ có một khe. Đầu chì vuông được dán vào khe, và một dải gỗ mỏng được sử dụng để lấp đầy phần còn lại của khe. Bút chì có tên của chúng từ từ tiếng Anh cũ có tức thị “brush” (bàn chải). Phương pháp nung lò nung bằng than chì và đất sét cho phép bút chì được tạo ra cho bất kỳ độ cứng hoặc mềm – điều này rất quan yếu đối với các nghệ sĩ và người vẽ phác thảo.

Năm 1861, Eberhard Faber đã xây dựng nhà máy sản xuất bút chì đầu tiên tại Hoa Kỳ tại thành phố New York.

Lịch sử cục tẩy

Charles Marie de la Condamine, một nhà khoa học và nhà thám hiểm người Pháp, là người châu Âu đầu tiên mang về chất tự nhiên có tên là cao su “India”. Ông đã mang một mẫu đến Viện de France ở Paris vào năm 1736. Các bộ lạc Nam Mỹ da đỏ đã dùng cao su để tạo ra những quả bóng đang nảy và như một chất kết dính để gắn lông vũ và các vật thể khác vào thân họ.

Năm 1770, nhà khoa học nổi tiếng Sir Joseph Priestley (người phát hiện ra oxy) đã ghi lại như sau: “Tôi đã thấy một chất thích nghi ráo với mục đích lau bút chì đen từ giấy.” Người châu Âu đã cọ xát những vết bút chì với những khối cao su nhỏ, chất mà Condamine đã mang đến châu Âu từ Nam Mỹ. Họ gọi cục tẩy của họ là “peaux de negres”. Tuy nhiên, cao su không phải là một chất dễ làm việc vì nó rất dễ hỏng – giống như thực phẩm, cao su sẽ bị thối. Kỹ sư người Anh Edward Naime cũng được ghi nhận với việc tạo ra cục tẩy trước tiên vào năm 1770. Trước khi dùng cao su, vụn bánh mì đã được sử dụng để xóa dấu bút chì. Naime tuyên bố ông vô tình nhặt được một miếng cao su thay vì cục bánh mì của mình và phát hiện ra các khả năng. Ông tiếp bán các thiết bị cọ xát mới, hoặc cao su.

Năm 1839, Charles Goodyear đã khám phá ra một cách để chữa cao su và làm cho nó trở thành một nguyên liệu lâu dài và có thể sử dụng được. Ông gọi quá trình lưu hóa của sao su, sau Vulcan, vị thần lửa của La Mã. Goodyear đã được cấp bằng sáng chế cho quá trình của mình vào năm 1844. Với cao su tốt hơn hiện có, các cục tẩy trở thành khá phổ thông.

Bằng sáng chế trước hết để gắn một cục tẩy vào bút chì đã được cấp vào năm 1858 cho một người đàn ông đến từ Philadelphia tên là Hyman Lipman. Bằng sáng chế này sau đó được coi là không hợp lệ vì nó chỉ là sự phối hợp của hai thứ, không có công dụng mới.

Lịch sử đồ chuốt bút chì

Lúc đầu, dao bút (penknife) được sử dụng để gọt bút chì. Năm 1828, nhà toán học người Pháp Bernard Lassimone đã xin cấp bằng sáng chế (bằng sáng chế của Pháp # 2444) về một phát minh để mài bút chì. Tuy nhiên, mãi đến năm 1847, Therry des Estwaux mới phát minh ra đồ chuốt bút chì thủ công như chúng ta biết.

John Lee Love của Fall River, Massachusetts đã thiết kế “Love Sharpener”. Phát minh của Love là công cụ mài bút chì cầm tay rất đơn giản mà nhiều nghệ sĩ sử dụng. Bút chì được đưa vào lỗ mở của đồ chuốt và xoay bằng tay, và các mảnh vụn ở bên trong máy mài. dụng cụ mài sắc của Love được cấp bằng sáng chế vào ngày 23 tháng 11 năm 1897 (Bằng sáng chế Hoa Kỳ # 594,114). Bốn năm trước, Love đã tạo ra và được cấp bằng sáng chế cho phát minh trước nhất của mình, là “Hawk Plasterer”. Thiết bị này, vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay, là một miếng ván vuông phẳng làm bằng gỗ hoặc kim loại, trên đó thạch cao hoặc vữa được đặt và sau đó được rải bằng thạch cao. Điều này đã được cấp bằng sáng chế vào ngày 9 tháng 7 năm 1895.

Một nguồn tin cho rằng Công ty Hammacher Schlemmer của New York đã cung cấp gọt bút chì điện trước hết trên thế giới được thiết kế bởi Raymond Loewy, đâu đó vào đầu những năm 1940.

Lịch sử của bút Marker và Highlighter

Bút Marker đầu tiên có lẽ được tạo ra vào những năm 1940. Nó chủ yếu được dùng để dán nhãn và các vận dụng nghệ thuật. Năm 1952, Sidney Rosenthal bắt đầu tiếp thị “Magic Marker” của mình, bao gồm một chai thủy tinh chứa mực và một sợi len bấc.

Đến năm 1958, việc dùng bút Marker đã trở thành phổ thông và mọi người đã dùng nó để viết chữ, dán nhãn, đánh dấu các gói và tạo áp phích.

Highlighters và fine-markers lần trước tiên được nhìn thấy vào những năm 1970. Bút Marker vĩnh viễn cũng có sẵn trong khoảng thời kì này. Loại bút Marker siêu mịn và xóa khô đã trở nên phổ biến trong những năm 1990.

Trong khi đó, bút đánh dấu (felt-tip pen) được phát minh bởi Yukio Horie của Công ty Văn phòng phẩm Tokyo, Nhật Bản vào năm 1962. Tập đoàn Avery Dennison đã đăng ký nhãn hiệu Hi-Liter® và Marks-A-Lot® vào đầu những năm 90. Bút Hi-Liter®, thường được gọi là bút dạ quang, là bút đánh dấu phủ lên một từ được in bằng một màu trong, để dễ đọc và ấn tượng.

Năm 1991, Binney & Smith đã giới thiệu một dòng Magic Marker được thiết kế lại bao gồm các dụng cụ tô sáng và đánh dấu vĩnh viễn. Vào năm 1996, các điểm đánh dấu Magic Marker II DryEword được giới thiệu để viết và vẽ chi tiết trên bảng trắng, bảng xóa khô và bề mặt kính.

Lịch sử của bút Gel

Bút Gel được phát minh bởi Sakura Color Products Corp (Osaka, Nhật Bản), công ty sinh sản bút Gelly Roll và là công ty đã phát minh ra mực gel vào năm 1984. Mực gel dùng các sắc tố lơ lửng trong ma trận polymer hòa tan trong nước. Chúng không trong như mực thường ngày, theo Debra A. Schwartz.

Theo Sakura, “Nhiều năm nghiên cứu đã dẫn đến việc giới thiệu Pigma® năm 1982, loại mực bột màu gốc nước đầu tiên … Mực Pigma mang tính cách mệnh của Sakura đã phát triển để trở nên cây lăn Gel Ink đầu tiên ra mắt dưới dạng bút Gelly Roll vào năm 1984.”

Sakura cũng phát minh ra một nguyên liệu vẽ mới phối hợp dầu và bột màu. CRAY-PAS®, phấn màu dầu trước tiên, được giới thiệu vào năm 1925.

Vậy làm thế nào để cục tẩy làm việc?

Cục tẩy xóa nhặt các hạt than chì, do đó loại bỏ chúng khỏi bề mặt giấy. Về căn bản, các phân tử trong cục tẩy là ‘dính’ hơn giấy, bởi thế khi cục tẩy được chà lên dấu bút chì, than chì sẽ dính vào cục tẩy tốt hơn giấy. Một số cục tẩy làm hỏng lớp trên cùng của giấy và loại bỏ nó. Các cục tẩy được gắn vào bút chì sẽ tiếp nhận các hạt than chì và để lại dư lượng cần phải được quét đi. Loại tẩy này có loại thể bỏ bề mặt của giấy. Các cục tẩy vinyl mềm, mềm hơn các cục tẩy được gắn vào bút chì nhưng mặt khác thì rưa rứa nhau.

Các cục tẩy kẹo cao su nghệ thuật được làm bằng cao su mềm, thô và được dùng để loại bỏ các khu vực lớn của dấu bút chì mà không làm hỏng giấy. Những cục tẩy này để lại rất nhiều dư lượng phía sau.

Những cục tẩy đất sét được biết đến giống như bột bả. Những cục tẩy dễ chịu này kết nạp than chì và than mà không bị mòn. Các cục tẩy đã biết có thể dính vào giấy nếu chúng quá ấm. rốt cuộc chúng nhặt đủ than chì hoặc than củi mà chúng để lại dấu thay vì nhặt chúng và cần phải được thay thế.

Trên đây là những điều thúc xung quanh lịch sử của các loại bút. Các bạn có thể tham khảo thêm hóa học đằng sau cây bút bi tại đây để biết thêm chi tiết. Hi vọng bài viết sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về lịch sử của của các loại bút thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo Thoughtco , Historyofpencils và Wikipedia .

Hóa học của màu sắc

Chúng ta thường hay ví von rằng “cuộc sống muôn màu” để cho thấy góc nhìn đa chiều của cuôc sống. Và cuộc sống sẽ đơn điệu hơn khi không có những màu sắc. Màu sắc cung cấp một sự tăng cường quan trọng cho thế giới mà chúng ta sống. vật liệu hàng ngày chúng ta sử dụng như dệt may, sơn, nhựa, giấy và thực phẩm, sẽ đặc biệt hấp dẫn nếu chúng đầy màu sắc. tự nhiên cũng thể hiện một kính vạn hoa của màu sắc xung quanh cuộc sống của chúng ta.

Ở nước ta khi mùa hè đến gần, có một sự bùng nổ dữ dội hoa đầy màu sắc và lá mới của các sắc thái khác nhau của màu xanh lá cây trên cây. Đặc biệt là những cánh phượng hồng biểu trưng cho tuổi học sinh đầy mộng mơ. Còn ở những nơi khác trên thế giới vào mùa thu, những chiếc lá rụng được đứng trước bởi một chương trình màu sắc ngoạn mục – lá xanh chuyển sang sắc thái trẻ ranh của màu vàng, cam và đỏ. Trong bài viết này, chúng ta sẽ hội tụ vào lý do vì sao mọi thứ có màu sắc và những gì làm thay đổi màu sắc của chúng. Bạn đã sẵn sàng cho cuộc hành trình đầy sắc màu chưa?

Tổng quan

Ánh sáng là một dạng bức xạ điện từ và cung cấp năng lượng trong các gói nhỏ gọi là photon. Màu sắc khác nhau của gói ánh sáng phát xuất từ lượng năng lượng khác nhau trong photon của chúng. ví dụ như photon của ánh sáng tím có năng lượng gần gấp đôi của ánh sáng đỏ. ắt các nguyên liệu tiếp nhận photon của một số năng lượng. Nhưng chỉ những chất thu nạp photon của ánh sáng khả kiến sẽ có màu.

Màu sắc của một vật thể trong suốt là do màu sắc của ánh sáng có thể đi qua nguyên liệu. Màu của bất kỳ màu vật thể nào đến từ ánh sáng chúng không thu nhận. Thí dụ, ánh sáng trắng xuyên qua một ly rượu chát đỏ trông đỏ vì rượu đã tiếp thu các màu khác và chỉ cho phép màu đỏ ánh sáng xuyên qua. Để thấy điều này, hãy thử nhìn qua một phần của giấy bóng kính màu đỏ tại các đối tượng có màu sắc khác nhau. tất thảy các màu khác màu đỏ đều tan biến. Điều này là do giấy bóng kính tiếp thụ ánh sáng với cả thảy các màu khác trừ màu đỏ. Màu hấp thụ mạnh nhất là sự bổ sung của màu sắc đi qua vật liệu.

Những phân tử đổi thay màu sắc

Các phân tử rất lựa chọn về những gì photon năng lượng chúng sẽ và không sẽ hấp thụ. Trong thực tại, năng lượng photon mà một phân tử sẽ thu nhận là đặc trưng đến mức chúng có thể được dùng như một “ dấu vân tay ” để xác định phân tử đó trong hổ lốn.

Sự hấp thụ ưu đãi này có thể được giảng giải bằng cách giả thử rằng các phân tử có năng lượng lượng tử hóa; nghĩa là, chúng chỉ tồn tại trong một số thể năng lượng cho phép. Thuyết lượng tử cho thấy làm thế nào năng lượng lượng tử phát sinh thiên nhiên từ hành vi bước sóng của các electron bị giam. Các photon sẽ chỉ được tiếp nhận nếu năng lượng của nó là chuẩn xác những gì cần thiết để lấy phân tử từ trạng thái được phép này sang thể khác.

Vì các phân tử khác nhau có màu sắc khác nhau, theo cấu trúc phân tử có liên can đến kích thước của sự chuyển đổi năng lượng hệ trọng đến sự kết nạp ánh sáng khả kiến. Mối quan hệ này là phức tạp, nhưng một mô hình đơn giản có thể được sử dụng để hiển thị nhiều tính năng cấp thiết. Một electron liên kết trong một phân tử (hoặc một phần của phân tử) được xử lý như thể nó bị mắc kẹt trong một hộp đồng nhất với bức tường nó chẳng thể xuyên qua.

Mô hình “ hạt trong hộp ” này cho thấy việc giam cấm các electron trong một không gian nhỏ hơn có thiên hướng tạo ra năng lượng khoảng cách lớn hơn. Mô hình cho thấy các điện tử bị hạn chế vào một hộp có kích thước của một kết liên cộng hóa trị tiếp nhận trong vùng tử ngoại. Do đó chúng xuất hiện không màu. Electron có thể lan rộng trên nhiều nguyên tử trong một phân tử kết nạp các photon năng lượng thấp hơn, và nếu chiều dài hộp chỉ hơn 0,6nm một tẹo và ít hơn 0,8nm, theo mô hình, chúng sẽ tiếp nhận ánh sáng nhìn thấy được.

Điều này giảng giải vì sao nhiều nguyên liệu hữu cơ có màu sắc có cấu trúc với các electron không được “ghim” xuống trong liên kết cộng hóa trị độc nhất vô nhị. Hiểu một cách đơn giản thì những đổi thay màu sắc có thể được gây ra bởi những đổi thay trong giam giữ điện tử. Nhốt các electron vào một không gian nhỏ hơn làm cho ánh sáng bị tiếp thụ xanh hơn và nếu chúng di chuyển xung quanh trong không gian lớn hơn thì ánh sáng bị thu nạp đỏ hơn.

Sau đây, chúng ta hãy xem cội nguồn của màu sắc trong lá và hoa của cây cối, và làm thế nào Thiên nhiên có thể tạo ra một màn trình diễn màu sắc ngoạn mục trong mùa thu đến như vậy.

Điều gì làm cho một chiếc lá xanh và những gì xảy ra khi nó héo?

Các sắc tố màu xanh lá cây trong lá là diệp lục. Chất diệp lục kết nạp ánh sáng đỏ và xanh từ ánh sáng thái dương tiếp xúc trên lá. Do đó, ánh sáng đề đạt bởi những chiếc lá bị giảm đi màu đỏ và màu xanh, do vậy xuất hiện màu xanh lá cây. Các phân tử của diệp lục là lớn (Công thức phân tử: C55H70(MgN406).

Chúng không hòa tan trong dung dịch nước làm đầy tế bào thực vật. Thay vào đó, chúng gắn vào màng của các cấu trúc giống như đĩa, được gọi là lục lạp, bên trong các tế bào. Lục lạp là nơi quang hợp, quá trình năng lượng ánh sáng được chuyển đổi thành năng lượng hóa học. Trong lục lạp, ánh sáng được tiếp thụ bởi diệp lục cung cấp năng lượng cho thực vật sử dụng để biến đổi carbon dioxide với nước thành oxy và carbohydrate, có công thức chung là Cx(H20)y.

Đây là phản ứng thu nhiệt, bởi vậy năng lượng của ánh sáng được kết nạp bởi diệp lục được chuyển thành năng lượng hóa học được lưu trữ trong carbohydrate (đường và tinh bột). Năng lượng hóa học này thúc đẩy các phản ứng sinh hóa làm cho thực vật trồng, ra hoa và sinh sản hạt giống.

Chất diệp lục không phải là một hợp chất rất ổn định; ánh kim ô sáng chói làm cho nó bị phân hủy. Để duy trì lượng diệp lục trong lá của chúng, cây liên tục tổng hợp nó. Tổng hợp diệp lục trong thực vật đòi hỏi ánh sáng màng tang và nhiệt độ ấm áp. Do đó, trong suốt mùa hè, diệp lục liên tục phá vỡ và tái sinh trong lá của cây.

Một sắc tố khác được tìm thấy trong lá của nhiều loại cây là carotene. Carotene tiếp thụ ánh sáng xanh lam và xanh dương. Ánh sáng phản chiếu từ carotene xuất hiện màu vàng. Carotene cũng là một phân tử lớn (C40H36) có trong lục lạp của nhiều loại thực vật. Khi nào carotene và diệp lục xảy ra trong cùng một lá, chúng cùng nhau loại bỏ ánh sáng đỏ, xanh lam và xanh dương khỏi ánh sáng thái dương trên lá. Ánh sáng phản ánh bởi chiếc lá xuất hiện màu xanh lá cây.

Carotene có chức năng như một chất tiếp nhận “trung gian”. Năng lượng của ánh sáng được tiếp thu bởi carotene được chuyển sang chất diệp lục dùng năng lượng trong quang hợp. Carotene là hợp chất ổn định hơn diệp lục. Carotene tồn tại trong lá ngay cả khi diệp lục đã biến mất. Khi diệp lục biến mất khỏi một chiếc lá, carotene còn lại làm cho chiếc lá xuất hiện màu vàng.

Điều gì làm cho những bông hoa đầy màu sắc?

Các sắc tố màu xanh và đỏ của hoa được phân lập và nghiên cứu rộng rãi bởi R M Willstatter, vào đầu thế kỷ XX. Willstatter sau đó đã nhận được giải thưởng Nobel về hóa học năm 1915 cho công việc của ông trên các sắc tố thực vật. Ông thấy rằng gần như bất kỳ trái cây hoặc hoa có màu đỏ tươi, xanh hoặc tím đều chứa các phân tử sắc tố dựa trên cyanidin.

Các hợp chất Cyanidinbase tạo ra màu đỏ của táo, lá mùa thu, hoả hồng, dâu tây và nước ép nam việt quất. Chúng làm quả việt quất, hoa ngô và hoa violet, màu xanh. ngoại giả, chúng cũng làm một số nho, mâm xôi và bắp cải tím có màu đỏ. Nói cách khác, sự khác biệt trong màu hoa không một mực là do sự khác biệt trong các phân tử sắc tố. ví dụ như hoả hồng đỏ và anh túc xanh cả hai đều chứa cùng một sắc tố (tức thị cyanidin) nhưng có hoa màu khác nhau.

Vậy làm sao cấu trúc phân tử có thể chịu bổn phận cho hết thảy những màu sắc? Người ta đã chỉ ra rằng màu sắc của một dung dịch sắc tố hoa trong ống thử phụ thuộc theo độ pH của dung dịch. Khi độ pH được thực hiện axit hơn, màu trở thành đỏ hơn. Như vậy cấu trúc của cyanidin đổi thay theo pH như hình bên dưới.

Dạng cấu trúc trong hình trên bên trái được tìm thấy trong dung dịch axit và là một màu đỏ sáng. Lưu ý điện tích chính thức cao trên oxy trong cấu trúc. Nhìn ban sơ có vẻ như một phân tử có điện tích dương trên oxy sẽ không ổn định, nhưng nếu các electron được đẩy xung quanh trong một thời gian, người ta thấy rằng nhiều cấu trúc cộng hưởng có thể được rút ra. Các điện tử pi được ổn định trong cấu trúc.

Trong dung dịch bazơ, việc loại bỏ hydro khỏi nhóm OH vòng ngoài cùng dẫn đến cấu trúc như bên phải. Dạng cyanidin này có màu xanh hoặc tím. nên, bổ sung màu (đỏ) đang được tiếp nhận. Ánh sáng đỏ mang ít năng lượng hơn màu xanh lam, Vì vậy các electron ít bị giới hạn trong môi trường bazơ hơn trong dạng axit. Trong các dung dịch bazơ mạnh, các hydrogen trên các nhóm -OH còn lại cũng được trừu tượng hóa và là các electron thậm chí trở thành ít hạn chế hơn, màu xanh lam trở nên xanh hơn vì ánh sáng bị thu nhận trở thành đỏ hơn.

Một số hoa và quả có cyanidin với số lượng khác nhau của các nhóm -OH trên vòng ngoài cùng, nhưng dấu vân tay phân tử là như nhau. Ở dạng thiên nhiên của phân tử, các hydrogen trên chí ít một trong các nhóm -OH được thay thế bằng phân tử đường. Một cyanidin có đường kèm theo được gọi là anthocyan hoặc anthocyanin. Ví dụ, anthocyan tạo ra hoa hồng đỏ và hoa ngô xanh.

Anthocyanin không được gắn vào màng tế bào, nhưng được hòa tan trong nhựa tế bào. Màu được tạo ra bởi các sắc tố này là nhạy cảm với độ pH của nhựa tế bào. Nếu nhựa cây có tính axit khá cao, các sắc tố tạo ra màu đỏ tươi; nếu nhựa cây ít axit, màu sắc của nó là nhiều màu tím hơn. Các sắc tố anthocyanin chịu bổn phận cho vỏ đỏ của táo chín và màu tím của nho chín. Chất anthocyan được hình thành do phản ứng giữa đường và một số protein một mực trong tế bào nhựa cây. Phản ứng này không xảy ra cho đến khi nồng độ đường trong nhựa cây khá cao. Phản ứng cũng đòi hỏi ánh sáng. Đây là lý do vì sao táo thường xuất hiện màu đỏ ở một bên và màu xanh lá cây ở bên khác; phía đỏ là trong ánh mặt trời và phía màu xanh lá cây là trong bóng râm.

Máu sắc của những chiếc lá mùa thu

Vào mùa hè, lá của cây là nhà máy sinh sản đường từ carbon dioxide và nước do tác động của ánh sáng lên chất diệp lục. Chất diệp lục làm cho lá xuất hiện màu xanh lá cây. (Các lá của một số cây, như bạch dương và cây bông, cũng chứa carotene; những chiếc lá này xuất hiện màu xanh lá cây tươi sáng hơn, bởi vì carotene hấp thụ ánh sáng xanh lục.) Nước và chất dinh dưỡng chảy từ rễ, qua cành và vào lá. Các đường được tạo ra bởi dòng chảy quang hợp từ lá này sang lá khác của các bộ phận của cây, nơi một số năng lượng hóa học được dùng cho tăng trưởng và phần còn lại được lưu trữ.

Những ngày ngắn ngủi và đêm mát mẻ của đổi thay kích hoạt mùa thu trong cây. Một trong những thay đổi này là sự phát triển của màng tế bào giữa cành và lá thân cây. Màng này cản ngăn dòng chảy của chất dinh dưỡng vào chiếc lá. vày dòng chảy dinh dưỡng bị gián đoạn, việc sinh sản chất diệp lục trong lá giảm và màu xanh của lá tàn dần. Nếu lá chứa carotene, cũng như lá của bạch dương, nó sẽ đổi thay từ màu xanh lá cây sang màu vàng sáng khi chất diệp lục biến mất. Màng giữa nhánh và thân lá cũng ức chế dòng chảy từ lá.

Trong một số cây, khi nồng độ đường trong lá tăng, đường phản ứng tạo thành anthocyanin. Những sắc tố này gây ra lá vàng chuyển sang màu đỏ. Cây phong đỏ, cây sồi đỏ sản xuất anthocyanin dồi dào và hiển thị sáng nhất màu đỏ và màu tím trong cảnh quan mùa thu. khuôn khổ và cường độ của màu sắc mùa thu chịu ảnh hưởng rất lớn của thời tiết. Nhiệt độ thấp phá hủy chất diệp lục, và nếu chúng ở trên đóng băng, thúc đẩy sự hình thành của.anthocyanin. Ánh nắng kim ô tinh ma cũng phá hủy chất diệp lục và tăng cường sản xuất anthocyanin. Thời tiết khô, bằng cách tăng nồng độ đường trong nhựa cây, cũng làm tăng lượng anthocyanin. Nên màu sắc mùa thu sáng nhất được sinh sản khi khô, những ngày nắng được theo sau bởi những đêm khô ráo, mát mẻ.

Đế hiểu rõ hơn về hóa học đằng sau, bạn có thể tham khao thêm bài viết hóa học về màu của những chiếc lá mùa thu tại đây nhé!

Sự thay đổi màu của chỉ thị acid-bazơ từ thiên nhiên

Các chỉ số là axit yếu hoặc bazơ biểu hiện màu sắc khác nhau trong axit và bazơ. Do đó, như chúng ta đã thấy trong trường hợp anthocyanin , phản ứng chỉ thị cũng phụ thuộc pH vì nó hệ trọng đến việc giải phóng hoặc bắt giữ các ion hydro:

Trong đó, ‘HIn’ và ‘In-‘ là viết tắt của phân tử chỉ thị có và không có ion hydro kèm theo. Hai hình thức các phân tử chỉ thị có màu sắc khác nhau đáng để ý. ví dụ như màu xanh lá cây bromocresol có dạng HIn màu vàng và In- màu xanh lam. Khi có lượng HIn và In- bằng nhau, dung dịch có màu xanh tươi. Thêm một giọt axit tức thị thêm các ion H +, phản ứng với các ion tạo thành HIn và dung dịch trở thành vàng hơn. Thêm một giọt bazơ thì chuyển đổi HIn thành In-, và dung dịch trở thành màu xanh hơn.

Khi một ion hydro kết hợp với dạng bazơ của một phân tử chỉ thị, nó sẽ giam hai electron di động trước đây thành một liên kết cộng hóa trị độc nhất vô nhị với hydro, làm dịch chuyển ánh sáng tiếp thụ về phía cuối màu xanh của quang phổ. Các cấu trúc chỉ thị thường sang trọng các thay đổi bổ sung khuếch đại sự đổi thay trong sự nhốt điện tử. Chúng ta hãy dùng phenolphthalein như một ví dụ để hiểu những thay đổi. Phenolphtalein không màu trong môi trường axit và hồng / đỏ trong môi trường bazơ.

Nhiều chỉ thị khác hoạt động về cơ bản theo cùng một cách. ví dụ như các chỉ thị azo (như methyl cam) có cấu trúc hoàn toàn khác với phthalein, nhưng một lần nữa, sự đổi thay trong cấu trúc điện tử xung quanh một nguyên tử quan yếu dẫn đến sự thay đổi điện tử giam giữ.

Trong thiên nhiên, nhiều sắc tố thực vật đóng vai trò là chỉ số axit-bazơ. Hai loài khác nhau với hoa khác nhau. màu sắc có xác thực các phân tử giống nhau cho sắc tố. Các sự dị biệt giữa các bông hoa là độ pH của chất lỏng trong các mô sắc tố; kiềm cho hoa ngô, và axit cho hoả hồng. Các nghiên cứu đã tiết lộ rằng việc can thiệp vào các gen quy định độ pH trong hoa đã chuyển màu cây dã yên thảo từ đỏ sang xanh. vì thế, không phải lúc nào huê hồng cũng có màu đỏ và hoa violet có màu xanh. thực tại thì bây chừ người ta đã sinh sản thành công huê hồng rainbow là một ví dụ điển hình cho sự đổi thay màu sắc này.

Wow, bài viết khá dài nhưng phần nào cũng đề cập khá cơ bản về hóa học của màu sắc. coi sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong ngày mai. Lần sau nếu có ai hỏi về chúng thì hãy nhớ về hóa học đằng sau nhé!

Tham khảo Jayanthi Chandrasekaran , Wikibooks và tổng hợp.

Hóa học của nhựa phân hủy sinh học

Gần đây hồ hết những công ty thực phẩm hay đồ uống đang dần chuyển sang bao bì tự phân hủy sinh học để thân thiện hơn với môi trường. Do rác thải nhựa trên thế giới ngày một tăng và ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của mọi người. Bạn có thể tự hỏi những vật liệu nào đứng sau các sản phẩm phân hủy sinh vật học này, và chính xác chúng tốt hơn cho môi trường như thế nào so với các vật liệu mà chúng đã thay thế.

nên trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá về hóa học của nhựa phân hủy sinh học và những điều thú vị xung quanh nhé!

Đôi nét

Nhựa phân hủy sinh học có vẻ như chúng đã xuất hiện ở khắp mọi nơi, nhưng thực tại chúng vẫn chiếm một tỷ lệ nhỏ trong số các loại nhựa mà chúng ta dùng. Tính đến năm 2018, nhựa phân hủy sinh vật học và nhựa sinh vật học kết hợp chỉ chiếm 1% thị trường nhựa toàn cầu. dù rằng việc dùng của chúng đang tăng lên, nhưng các chuyên gia vẫn chỉ dự báo chúng sẽ chiếm 2,5% thị trường vào năm 2020.

Có một sự khác biệt để tạo ra giữa các loại nhựa sinh học khác nhau. Thí dụ như đối với một số loại nhựa có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch được sinh sản từ ​​vật liệu sinh học thay thế. Mặt khác, có những loại nhựa được sinh sản từ ​​vật liệu thực vật khác biệt về mặt hóa học và trong bài viết này, chúng ta sẽ chỉ tập hợp vào loại nhựa này thôi.

Hóa học đằng sau

Nhựa phân hủy sinh vật học có nhiều loại khác nhau với những cách dùng khác nhau. Ba loại thường được sử dụng là axit polylactic (PLA), tinh bột nhiệt dẻo (TPS) và polyhydroxyalkanoates (PHAs). Trong đó, từ “poly” có tức là chúng là cả thảy các polymer chuỗi dài được hình thành từ các đơn phân đơn giản.

Polymer phân hủy sinh học hầu hết được sinh sản từ ​​vật liệu thực vật. PLA thu được từ tinh bột lên men, từ ngô, sắn, mía hoặc củ cải đường. TPS được sản xuất bằng cách đun nóng tinh bột từ vật liệu thực vật với nước và trộn với chất hóa dẻo. PHA dị biệt ở chỗ chúng được chiết xuất từ ​​vi khuẩn, sản sinh ra nó bằng cách lên men đường hoặc lipit thu được từ chất thải hoặc vật liệu từ thực vật.

TPS là nhựa phân hủy sinh học với khối lượng sinh sản lớn nhất. Đó là túi phân hủy sinh vật học mới lạ mà bạn có thể tìm thấy trong các siêu thị? Hay những loại dao, nĩa bằng nhựa thường được sử dụng trong các buổi party ngoài trời cũng có thể thay thế bằng TPS.

Các loại nhựa phân hủy sinh vật học khác như PLA, có khối lượng sinh sản lớn thứ hai. Nó được dùng trong màng nhựa, chai, và hộp đựng thức ăn. Các tách cà phê phân hủy sinh học tại những quán cà phê địa phương của bạn đã chuyển sang chưa? Họ đã lót bằng PLA để ngăn cà phê thấm qua các tông, thay thế lớp lót nhựa trước đó. PLA đích thực có điểm nóng chảy tương đối thấp, do đó, khi cần chịu được nhiệt độ cao hơn, nó được dùng ở dạng tinh thể, bền với nhiệt hơn.

PHA thường ít thấy sử dụng hơn mà chúng ta gặp phải hàng ngày. Tuy nhiên, chúng có công dụng y tế – tỉ dụ như trong chỉ khâu y tế có thể phân hủy sinh vật học. Ở một mức độ nào đó, việc dùng chúng cho các vận dụng khác bị giới hạn bởi phí sinh sản của chúng.

chi phí đắt đỏ

Đây cũng là một vấn đề ảnh hưởng đến các loại nhựa phân hủy sinh vật học khác. vơ các loại nhựa này đắt hơn để sản xuất so với nhựa được sinh sản từ ​​nguyên liệu hóa thạch (tính theo trọng lượng). Theo Viện Trái đất tại Đại học Columbia, việc sản xuất PLA có thể tốn kém hơn 20-50% so với nhựa bình thường. Cây trồng mà từ đó các nguyên liệu thô được thu hoạch cần phải được trồng, và điều này đòi hỏi đất, phân bón, nước và thời gian. Khi sự nhiệt tình đối với nhựa phân hủy sinh vật học tăng lên và các phương pháp sản xuất hiệu quả hơn có sẵn, phí của các loại nhựa này đang giảm, nhưng ngày nay chúng vẫn còn đắt đỏ.

Dù đắt như vậy nhưng việc sinh sản chúng cũng có những ích đáng kể cho môi trưởng. Khối lượng khí nhà kính phát ra trong quá trình sinh sản của chúng ít hơn so với nhựa dựa trên nhiên liệu hóa thạch. Người ta đã ước tính rằng nếu tất cả sinh sản nhựa chuyển sang sử dụng biopolymer, lượng khí thải nhà kính ở Mỹ sẽ giảm khoảng 25%.

thời gian phân hủy

cố nhiên, điểm cuộn quan trọng của nhựa phân hủy sinh học nằm ở tên của chúng – khả năng phân hủy sinh vật học. Nói là vậy nhưng nếu bạn xài một loại nhựa phân hủy sinh học như cốc cà phê chả hạn thì bạn sẽ yên tâm chúng tốt cho môi trường và phân hủy nhanh khi chúng ta vứt đi? Không nhanh như vậy đâu bạn ạ!

Nhựa phân hủy sinh vật học, như tên gọi của chúng, phân hủy sinh học – nhưng các điều kiện cần phải đúng. Chúng cần một môi trường ẩm ướt với nhiều oxy (điều kiện hiếu khí), các vi sinh vật , pH và nhiệt độ xác thực để phá vỡ tối ưu. Nếu chúng bị chôn vùi dưới tuốt luốt các bãi rác khác tại địa điểm chôn lấp tại địa phương của bạn, rất khó có thể đáp ứng các điều kiện này. Mặc dù chúng vẫn có thể phân hủy nhanh hơn nhựa thường nhật, nhưng nó sẽ còn hơn cả vài tháng hoặc thậm chí nhiều năm.

Hạn chế

Nhựa phân hủy sinh vật học được thiết kế cho các cơ sở sinh sản công nghiệp phân hữu cơ nhiệt độ cao. Vậy thì có vấn đề gì xảy ra? Những cơ sở này có sẵn ở khắp mọi nơi. Và nếu nhựa phân hủy sinh học kết thúc trong thùng tái chế với các loại nhựa khác, chúng có thể làm nhiễm bẩn và gây ra vấn đề. PLA có thể gây ra vấn đề với việc tái chế một loại nhựa bình thường khác là polyetylen terephthalate (PET). Vì lý do này, nhiều cơ sở tái chế không ưng các sản phẩm làm từ polymer phân hủy sinh học.

bởi vậy, vẫn có những việc phải làm trước khi chúng ta có thể thu được quơ lợi. của nhựa phân hủy sinh học. Và người ta vẫn chưa đích thực khắc phục một số vấn đề khác với nhựa mà chúng ta hiện đang vật lộn. ví dụ như chúng không phân hủy sinh vật học tốt trong nước biển. Ngay cả khi chúng ta chuyển quơ việc dùng nhựa của mình sang loại nhựa này, nó sẽ không giải quyết được mối lo ngại về ô nhiễm nhựa trong đại dương của chúng ta.

Nói tóm lại, nhựa phân hủy sinh vật học có khả năng sẽ được sử dụng rộng rãi hơn trong ngày mai. Đây là một điều tích cực từ giác độ môi trường, nhưng cũng sẽ yêu cầu các quốc gia phát triển cơ sở hạ tầng để tái chế tối ưu các nguyên liệu này. Dần dần, điều này sẽ cho phép chúng ta giảm sự phụ thuộc vào nhựa và các nguồn tài nguyên không tái tạo, cũng như giảm phát thải khí nhà kính .

Đến đây thì bài viết đã hết rồi. dòm sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong mai sau. Lần sau nếu có ai hỏi về nhựa phân hủy sinh học thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo Compound Interest , Bảo vệ rừng và môi trường , Gisha E. Luckachan và Immago .

Hóa học của máy lạnh

Nếu bạn đang làm trong những tòa nhà cao tầng hay những khu sản xuất bình thường thì việc lắp đặt máy lạnh là điều hết sức thường ngày. Ngoài việc làm cho không khí mát mẻ dễ chịu thì nó còn giúp bảo vệ bạn khỏi thời tiết oi bức bên ngoài. Tuy nhiên việc vận hành hay hóa học xung quanh nó là điều không phải ai cũng hiểu rõ.

thành thử để giúp cho các bạn hiểu rõ hơn về vấn đề này, chủ đề của chúng ta hôm nay sẽ là hóa học của máy lạnh và những điều khích xung quanh nhé!

Đôi nét về lịch sử

Máy lạnh hay máy điều hòa không khí là một trong những phát minh quan yếu nhất của thời đương đại. bởi thế trước khi đi vào nội dung chính của bài, chúng ta sẽ tìm hiểu qua một số cột mốc quan yếu trong lịch sử của máy lạnh .

1851: Tiến sĩ John Gorrie ở Florida thiết kế một cỗ máy tạo ra băng bằng máy nén chạy bằng ngựa, nước, cánh buồm chạy bằng gió hoặc hơi nước. Ông đã biểu diễn thành công máy làm đá vào năm 1848 và được cấp bằng sáng chế của Hoa Kỳ cho nó vào năm 1851.

1902: Willis Carrier phát minh vờ vĩnh điều hòa không khí điện đương đại trước tiên như một cách để giải quyết vấn đề độ ẩm cho một công ty xuất bản.

1904: Tại Hội chợ Thế giới St. Louis, các nhà tổ chức sử dụng điện lạnh cơ học để làm mát Tòa nhà Bang Missouri, đánh dấu lần trước tiên công chúng Mỹ tiếp xúc với khái niệm làm mát thoải mái.

1906: Chủ sở hữu nhà máy dệt Stuart W. Cramer của Bắc Carolina sử dụng thuật ngữ “điều hòa không khí” trong một tuyên bố bằng sáng chế mà ông nộp để trình bày kỹ thuật kiểm soát độ ẩm và đổi thay không khí của các nhà máy dệt. Năm 1908, G.B. Wilson trở nên người đầu tiên sử dụng thuật ngữ này trong sách giáo khoa.

1922: Để giúp cải thiện hiệu suất và giảm phí cho máy điều hòa không khí, Carrier phát minh ra máy làm lạnh ly tâm, có ít bộ phận chuyển động và ít công đoạn máy nén hơn các thiết bị hiện có. Hệ thống đột phá làm tăng độ tin tưởng và giảm uổng cho máy điều hòa không khí quy mô lớn, mở mang đáng kể việc sử dụng chúng trên toàn quốc.

1928: Thomas Midgley, Albert Henne và Robert McNary của General Motors tổng hợp chất làm lạnh chlorofluorocarbon (CFC) cho Frigidaire. Các hóa chất là chất lỏng làm lạnh không bắt lửa trước nhất trên thế giới, cải thiện đáng kể sự an toàn của máy điều hòa không khí. Nhiều thập kỷ sau, các hóa chất có liên tưởng đến sự suy giảm tầng ozone.

1929: Xây dựng công nghệ làm lạnh, Frigidaire giới thiệu một hệ thống máy lạnh không khí hai khối mới ra thị trường vào năm 1929. Frank Faust của General Electric cải tiến thiết kế này, phát triển máy làm mát phòng khép kín. Công ty sản xuất 32 nguyên mẫu hao hao từ 1930 đến 1931.

1931: Nventors H.H. Schultz và J.Q. Sherman nộp bằng sáng chế cho một đơn vị điều hòa không khí có thể được đặt trên một gờ cửa sổ. Các đơn vị tung ra thị trường vào năm 1932 nhưng không được mua rộng rãi do hoài cao. Cũng trong năm 1931, Frigidaire bắt đầu tiếp thị quanh năm, hệ thống điều hòa không khí trọng tâm cho gia đình.

1947: Kỹ sư Henry Galson phát triển máy điều hòa không khí cửa sổ nhỏ gọn, rẻ tiền và thiết lập dây chuyền sản xuất cho một số nhà sản xuất. Đến năm 1947, 43.000 đơn vị loại này được bán tại Hoa Kỳ.

1975: Phòng thể nghiệm nhà nước Oak Ridge phát triển phiên bản trước hết của mô hình thiết kế bơm nhiệt, một công cụ thiết kế thiết bị nén hơi ở thể ổn định dựa trên phần cứng giúp ngành công nghiệp tạo ra các công nghệ điều hòa không khí tiết kiệm năng lượng và tần tiện hoài hơn.

1990: Đạo luật Không khí Sạch được sửa đổi bao gồm các biện pháp mới nhằm loại bỏ CFCs và làm cho máy điều hòa không khí và các công nghệ làm mát khác thân thiện với môi trường hơn.

1991: Khi CFC bị loại bỏ do hóa chất gây hại ozone, chất làm lạnh R-134a – một hydrofluorocarbon (HFC) – trở nên phổ quát. Trong khi HFC không thể phá hủy tầng ozone, chúng là những khí nhà kính mạnh.

1992: Bộ năng lượng Mỹ đặt ra các tiêu chuẩn hiệu quả cho máy điều hòa không khí trung tâm dân cư và máy bơm nhiệt, ước tính sẽ tần tiện được 29 tỷ đô la từ năm 1993 đến năm 2023 do công nghệ điều hòa không khí được cải thiện.

1998-2000: Vào cuối những năm 1990, mô hình Thiết kế Bơm nhiệt của Phòng thể nghiệm nhà nước Oak Ridge được dùng để thiết kế sản phẩm bởi các công ty chiếm khoảng 30% thị trường máy điều hòa không khí và bơm nhiệt mới. Đầu những năm 2000, Allied Signal (nay là Honeywell) giúp thiết lập R-410a là chất thay thế chất làm lạnh hàng đầu trong điều hòa không khí bằng cách dùng mô hình để chứng minh hóa chất cũng giúp cải thiện hiệu quả năng lượng.

2006: yêu cầu mới được đặt ra cho các nhà sinh sản điều hòa không khí trọng tâm và bơm nhiệt. Các tiêu chuẩn dự kiến sẽ tránh được hơn 369 triệu tấn khí thải carbon dioxide, tương đương với lượng khí thải nhà kính hàng năm của khoảng 72,4 triệu ô tô.

2015 đến nay: Bộ Năng lượng Mỹ ban bố các dự án mới xúc tiến các công nghệ nén không hơi không yêu cầu chất làm lạnh, đại diện cho một sự thay đổi động đất cho ngành công nghiệp.

Máy lạnh hoạt động như thế nào?

Máy lạnh hoạt động dựa trên các nguyên tắc chuyển đổi pha, đó là sự biến đổi nguyên liệu từ dạng này (hoặc pha) của vật chất sang trạng thái khác, chẳng hạn như khi nguyên liệu chuyển từ chất lỏng sang chất khí. Khi xảy ra đổi thay chất lỏng thành khí, vật liệu sẽ tiếp thu nhiệt. trái lại, khi nguyên liệu đổi thay từ khí sang lỏng, nó phóng thích nhiệt. Một máy lạnh về căn bản là một cỗ máy chuyển đổi pha và sử dụng các nguyên tắc truyền nhiệt để làm mát các tòa nhà.

Máy lạnh bao gồm nhiều bộ phận, bộ phận chính là máy nén chất lỏng (fluid compressor), bình ngưng (condenser) và cuộn dây bay hơi (evaporator coil). Sau đây, chúng ta sẽ chọn một điểm trong chu trình điều hòa không khí và diễn tả cách chuyển động của chất làm lạnh ưng chuẩn hệ thống hoạt động để làm mát tòa nhà. Vì máy nén là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống điều hòa không khí, chúng ta hãy bắt đầu từ đó.

Chu kỳ điều hòa

hết thảy các hệ thống điều hòa không khí hay máy lạnh dùng một vật liệu cụ thể để trải qua quá trình chuyển đổi pha. vật liệu này được gọi là chất làm lạnh (refrigerant), và được chứa trong ống chạy khắp hệ thống điều hòa không khí. Chất làm lạnh được kéo vào máy nén của hệ thống (mục 1 trong lược đồ bên dưới) dưới dạng hơi ấm sau khi rời khỏi cuộn dây bay hơi (sẽ được giải thích thêm bên dưới).

Máy nén làm tăng tỉ trọng hay mật độ của hơi chất lạnh đến, làm cho nó tăng áp suất và nhiệt độ. Điều này thường được thực hành bằng cách dùng một hệ thống ly tâm, trong đó một loạt các lưỡi kéo nhanh chóng đẩy hơi ra bên ngoài buồng máy nén, tại đó nó thoát ra. Hơi nóng, áp suất cao này sau đó đi đến thiết bị ngưng tụ của máy điều hòa không khí (mục 2), nơi nó di chuyển qua một loạt các cuộn dây có vây kim khí mỏng được gắn vào.

Một chiếc quạt thổi không khí qua rìa (fin) và nhiệt di chuyển từ môi chất lạnh đến rìa và vào luồng không khí, rất giống với phương pháp mà bộ tản nhiệt dùng để loại bỏ nhiệt từ chất làm mát lưu thông trong động cơ xe. Không khí chạy qua các cuộn dây ngưng tụ được thoát ra bên ngoài tòa nhà và được thải ra khí quyển.

Chuyến đi này qua thiết bị ngưng tụ làm cho hơi bị mất một lượng nhiệt đáng kể và sau đó nó đổi thay pha từ chất khí sang chất lỏng ở nhiệt độ cao. Chất làm lạnh lỏng sau đó được buộc qua một van giãn nở hay van tiết lưu (mục 3) về căn bản là một lỗ kim làm cho chất lỏng tạo thành một màn sương. Sự sụt giảm áp suất đột ngột và sự giãn nở vật chất khi chất lỏng biến thành màn sương dẫn đến việc làm mát nhanh chất lỏng khi nó thải ra năng lượng nhiệt.

Sương mù lạnh này đi qua cuộn dây bay hơi (mục 4) được đặt trực tiếp trong luồng không khí của quạt lưu thông hút không khí từ bên trong tòa nhà. Quạt đẩy không khí qua các cuộn dây lạnh, kéo nhiệt từ không khí, làm cho không khí mát. Việc truyền nhiệt cho chất làm lạnh khiến nó biến trở lại thành hơi ấm và đi vào máy nén để bắt đầu lại chu kỳ.

Máy lạnh loại bỏ độ ẩm trong phòng bằng cách nào?

Ngoài việc làm mát không gian bên trong, máy điều hòa cũng cung cấp chức năng hút ẩm. Mục đích ban sơ đằng sau việc phát minh ra máy điều hòa là loại bỏ độ ẩm khỏi không gian công nghiệp, với việc làm mát không khí được coi là hiệu ứng phụ. Việc loại bỏ độ ẩm trong quá trình vận hành thiết bị điều hòa không khí xảy ra khi không khí tương đối ấm của bên trong tòa nhà được kéo qua các cuộn dây bay hơi lạnh.

Vì vật lý cho rằng không khí ấm có thể chứa nhiều nước hơn không khí mát, nên việc làm mát không khí tòa nhà khi nó xúc tiếp với cuộn dây bay hơi khiến nó giải phóng độ ẩm hình thành dưới dạng ngưng tụ trên cuộn dây. Sự ngưng tụ này cuối cùng nhỏ giọt và được lượm lặt và thoát ra bên ngoài tòa nhà hoặc kết nối hệ thống thoát nước.

Việc giảm độ ẩm của tòa nhà có xu hướng cải thiện mức độ thoải mái của người ngụ cư bằng cách tăng cường hiệu quả của hệ thống làm mát thiên nhiên của cơ thể. Sự phối hợp giữa loại bỏ độ ẩm và giảm nhiệt độ xác định điều hòa nhiệt độ của không khí.

Từ đầu đến giờ chúng ta hơi lăng tăng khá nhiều về máy lạnh mà quên mất nội dung chính trong bài viết này. Sau đây, chúng ta sẽ tìm hiểu về hóa học đằng sau máy lạnh nhé!

Chất làm lạnh ngày nay

Chất làm lạnh điều hòa thường bao gồm các vật liệu không ăn mòn và có khả năng dễ dàng chuyển đổi giữa các pha khí và lỏng ở nhiệt độ hoạt động của hệ thống điều hòa không khí. Các chất làm lạnh thường được sử dụng là carbon dioxide, ammonia và các hóa chất được gọi là hydrocarbon không halogen, với loại chất làm lạnh được lựa chọn dựa trên áp dụng làm mát cụ thể.

Trong đó, chlorofluorocarbon (gọi tắt là CFCs) được khám phá vào năm 1928 và thay thế nhiều chất làm lạnh độc hại như amonia, methyl chloride và propane.

Trong thượng tầng khí quyển , những bức xạ tử ngoại khuếch đại phản ứng với CFCs và sản sinh ra nguyên tử chlorine phá hủy tầng ozne . Vì thế vào năm 1987, một thỏa thuận quốc tế có tên gọi là nghị định thư Montreal đề nghị việc dừng sinh sản những sản phẩm CFC. Từ đó hydrochlorofluorocarbon (gọi tắt là HCFCs) được dùng để thay thế CFC nhất thời trong những năm tiếp theo.

Tuy nhiên, về sau hydrofluorocarbon (gọi tắt là HFCs) được sử dụng để thay thế cả CFCs và HCFCs. duyên cớ là do hợp chất này không có chứa yếu tố chlorine trong công thức, cho nên chúng sẽ không gây hại cho tầng ozone.

Việc thay thế này cũng có cái giá của nó. Tuy không phá hủy tầng ozone nhưng chúng lại có tiềm năng làm ấm toàn cầu cao hơn những CFCs và HCFCs. Do đó vào năm 2016, nghị định thư Montreal sửa đổi lên kế hoạch đổi thay HFCs.

đời kế tiếp

Chất làm lạnh đời mới có tên là hydrofluoroolefine (gọi tắt là HFO) có thể thay thế HFCs. Chúng có tiếm năng làm ấm toàn cầu thấp hơn những loại chất làm lạnh khác. Tuy nhiên giá thành cũng đắt đỏ hơn rất nhiều lần.

Một vài loại máy lạnh cho xe hơi đã dùng chất làm lạnh HFO-1234yf cho những xe hơi đắt tiền. Tuy nhiên, các nhà khoa học cảnh báo rằng nó có thể cháy và gây hiểm nguy. thành thử, một số nhà sinh sản đã dùng CO2 (carbon dioxide) như một biện pháp thay thế.

Khoa học ngày một phát triển và các nhà khoa học làm việc miệt mày hơn nữa. Và trong ngày mai không xa, các bạn sẽ có thể thấy những hệ thống máy lạnh mới không sử dụng bất kỳ chất khí làm lạnh nào để làm mát không khí. Bạn hãy lót dép ngồi hóng đi nhé!

Trên đây là những điều khích về máy lạnh và hóa học xung quanh. mong sẽ giúp ích cho các bạn trong ngày mai. Lần sau nếu có ai hỏi về hóa học của máy lạnh thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo C&EN , Archtoolbox và Prospect .

Hóa học về cháy nổ

Hiện tượng cháy và nổ là những hiện tượng bạn thường gặp trong cuộc sống. Nếu bạn sử dụng đúng mục đích thì chúng thật sự rất có ích , nhưng khi bạn không được trang bị những tri thức cơ bản thì sẽ rất hiểm nguy. nên trong bài viết lần này, chúng ta sẽ tìm hiểu hóa học về cháy, nổ và những vấn đề xung quanh để hiểu rõ hơn về chúng nhé!

1. Khái niệm về cháy, nổ

Cháy là một hiện tượng rất thân thuộc trong đời sống của con người, thường được con người quan hoài nghiên cứu để ứng dụng ích lợi của nó phục vụ cho cuộc sống song song hạn chế thiệt hại do nó gây ra. Theo tự điển Bách khoa Công an nhân dân Việt Nam năm 2005 thì cháy được hiểu là: “Phản ứng ôxy hoá có kèm theo toả nhiệt và phát sáng. Sự cháy chỉ xảy ra khi có đầy đủ các điều kiện cháy, đó là sự kết hợp giữa chất cháy, chất ôxy hoá (thường là ôxy trong không khí) và nguồn gây cháy”.

Trong TCVN 5303:1990 An toàn cháy – thuật ngữ và định nghĩa, nêu rõ: “Sự cháy là phản ứng ôxy hoá, toả nhiệt và phát sáng”. Như vậy, xét về bản tính, cháy là một phản ứng hoá học giữa các chất cháy với ôxy của không khí hoặc với một chất ôxy hoá khác kèm theo sự toả nhiệt và phát sáng. Nghiên cứu về sự cháy cho thấy rằng, sự cháy muốn xảy ra và tồn tại phải có đủ 3 nguyên tố, đó là chất cháy, chất ôxy hóa và nguồn nhiệt. Trong đó chất cháy và chất ôxy hóa đóng vai trò là những chất tham dự phản ứng còn nguồn nhiệt là tác nhân cung cấp năng lượng cho phản ứng cháy xảy ra.

Trong khi đó, một vụ nổ là một sự đổi thay đột ngột, dữ dội của năng lượng tiềm năng để hoạt động, nó chuyển sang môi trường xung quanh dưới dạng áp lực tăng nhanh đang được gọi là sóng nổ hoặc sóng xung kích. Sóng xung kích có thể gây ra thiệt hại đáng kể. Năng lượng tiềm năng có thể tồn tại ở một trong ba dạng trước khi vụ nổ xảy ra: hạt nhân , hóa học hoặc vật lý. thông thường, vụ nổ hạt nhân lớn hơn và có sức tàn phá lớn hơn vụ nổ hóa học hoặc vật lý. Vụ nổ hóa học thẳng hơn vụ nổ hạt nhân hoặc vật lý. dù rằng các vụ nổ hóa học thường có dụng tâm, nhưng chúng cũng có thể vô tình xảy ra. Vụ nổ vật lý lớn là tương đối hiếm và thường là ngẫu nhiên.

2. Nhiệt độ chớp cháy, nhiệt độ bốc cháy, nhiệt độ tự bốc cháy

ví thử có một chất cháy ở trạng thái lỏng, thí dụ nhiên liệu Diesel, được đặt trong cốc bằng thép. Cốc được nung nóng với tốc độ nâng nhiệt độ xác định. Khi tăng dần nhiệt độ của nhiên liệu thì tốc độ bốc hơi của nó cũng tăng dần. Nếu đưa ngọn lửa trần đến miệng cốc thì ngọn lửa sẽ xuất hiện kèm theo tiếng nổ nhẹ, nhưng sau đó ngọn lửa lại tắt ngay.

Vậy, nhiệt độ tối thiểu tại đó ngọn lửa xuất hiện khi tiếp xúc với ngọn lửa trần sau đó tắt ngay gọi là nhiệt độ chớp cháy của nhiên liệu.

Nếu ta tiếp chuyện nâng nhiệt độ của nhiên liệu cao hơn nhiệt độ chớp cháy thì sau khi đưa ngọn lửa trần tới miệng cốc quá trình cháy xuất hiện sau đó ngọn lửa vẫn tiếp chuyện cháy.

Nhiệt độ tối thiểu tại đó ngọn lửa xuất hiện và không bị dập tắt gọi là nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu.

Nung nóng bình có chứa metan và không khí, từ từ ta sẽ thấy ở nhiệt độ nhất quyết thì hỗn hợp khí trong bình sẽ tự bốc cháy mà không cần có sự xúc tiếp với ngọn lửa trần.

Vậy, nhiệt độ tối thiểu tại đó hỗn hợp khí tự bốc cháy không cần xúc tiếp với ngọn lửa trần gọi là nhiệt độ tự bốc cháy của nó.

Áp suất tự bốc cháy. Áp suất tự bốc cháy của hỗn tạp khí là áp suất tối thiểu tại đó quá trình tự bốc cháy xảy ra. Áp suất tự bốc cháy càng thấp thì nguy cơ cháy, nổ càng lớn.

thời kì cảm ứng của quá lớp lang bốc cháy. Khoảng thời kì từ khi đạt đến áp suất tự bốc cháy cho đến khi ngọn lửa xuất hiện gọi là thời gian cảm ứng. thời gian cảm ứng càng ngắn thì hẩu lốn khí càng dễ cháy, nổ.

thí dụ: Sự cháy của hydrocarbon ở dạng khí với không khí có thời gian cảm ứng chỉ vài phần trăm giây, trong khi đó thời kì này của vài loại than đá trong không khí kéo dài hàng ngày thậm chí hàng tháng.

3. Các nguyên cớ gây ra cháy, nổ phổ biến nhất hiện thời

• Cháy do nhiệt độ cao đủ sức đốt cháy một số chất như que diêm, dăm bào, gỗ, khi hàn hơi, hàn điện, …
• nguyên cớ tự bốc cháy: gỗ thông, giấy, vải sợi hoá học,
• Cháy do tác dụng của hoá chất, do phản ứng hóa học: một đôi chất nào đó khi tác dụng với nhau sẽ gây ra hiện tượng cháy.
• Cháy do điện: khi chất cách điện bị hỏng, do quá tải hay ngắn mạch chập điện, dòng điện tăng cao gây nóng dây dẫn, do hồ quang điện sinh ra khi đóng cầu dao điện, khi cháy cầu chì, chạm mach, …
• Cháy do ma sát tĩnh điện của các vật thể chất cháy với nhau, như ma sát mài, …
• Cháy do tia bức xạ: tia nắng ác khi xúc tiếp với những hỗn tạp cháy, nắng rọi qua những tấm thủy tinh lồi có thể tụ hội sức nóng tạo thành nguồn.
• Cháy do sét đánh, tia lửa sét.
• Cháy do áp suất thay đổi đột ngột: trường hợp này dễ gây nổ hơn gây cháy. Khi đổ nước nguội vào nước kim loại nóng chảy gây nổ; vị khi nước nguội gặp nhiệt độ cao sẽ bốc hơi, tức thời kéo theo tăng áp suất gây nổ. VD: Chất photphin (pH3) thường ngày không gây nổ khi có oxy, nhưng khi hạ áp suất xuống lại gây ra nổ.
• Cháy nổ. Trong công nghiệp hay dùng các thiết bị có nhiệt độ cao như lò đốt, lò nung, các đường ống dẫn khí cháy, các bể chứa nhiên liệu dễ cháy gặp lửa hay tia lửa điện có thể gây cháy, nổ.
• Nổ lý học: là trường hợp nổ do áp suất trong luôn tiện tích tăng cao mà vỏ bình chứa không chịu nổi áp suất nén đó nên bị nổ.
• Nổ hoá học: là hiện tượng nổ do cháy cực nhanh gây ra (thuốc súng, bom, đạn, mìn, … ).

4. Hóa học của sự cháy

Về mặt hóa học, cháy là một loại oxy hóa, đó là sự phối hợp của oxy với các chất khác để sản xuất các chất mới. Quá trình này bắt đầu khi một chất dễ bắt lửa và/hoặc vật liệu dễ cháy, phối hợp với một lượng đầy đủ một chất oxy hóa như khí oxy hoặc một hợp chất giàu oxy (mặc dầu có những chất oxy hóa mà không có oxy), được tiếp xúc với một nguồn nhiệt hoặc môi trường xung quanh có nhiệt độ trên điểm bắt lửa của nhiên liệu hoặc hẩu lốn chất oxy hóa. Điều kiện tiếp theo là quá trình oxy hóa phải có thể duy trì tốc độ của phản ứng chóng vánh đến mức để tạo ra một phản ứng dây chuyền.

Sự cháy được hình thành đầu tiên cần 3 yếu tố được biết qua tam giác cháy (Fire Triangle):

• Chất cháy
• Ôxy
• Nguồn nhiệt

Tam giác cháy

Khi có đủ 3 nguyên tố nói trên thì sự cháy vẫn chưa xuất hiện được mà cần phải có 3 điều kiện nữa thì sự cháy mới

có thể xuất hiện.

• Ôxy phải lớn hơn : 14%
• Nguồn nhiệt phải đạt tới giới hạn bắt cháy của chất cháy.
• thời gian tiếp xúc của 3 nhân tố đủ để xuất hiện sự cháy.

Như vậy bản chất của sự cháy được hình thành nhờ có đủ 3 nhân tố và 3 điều kiện nói trên muốn ngừa không để cháy xảy ra và dập tắt được sự cháy cần sử dụng nguyên lý loại bỏ một trong những nhân tố tạo hình sự cháy.

• Về vật cháy: là cả thế giới vật chất khôn cùng đa dạng phong phú và tồn tại ở 3 dạng rắn, lỏng, khí, chất cháy là chất có khả năng đấu cháy sau khi đã tách khỏi nguồn nhiệt.
• Về ôxy: Ôxy là chất khí không cháy được nhưng nó là dưỡng khí cấp thiết, không có ôxy thì không sinh ra sự cháy được ôxy chiếm tỉ lệ 21% trong không khí nếu ôxy giảm xuống nhỏ hơn 14% thì hồ hết các chất cháy không duy trì được sự cháy nữa, trừ 1 số ít chất đặc biệt cháy được trong điều kiện nghèo ôxy (thí dụ hydro và mêtan còn 5% ôxy vẫn cháy được).Nguồn lửa hay nguồn nhiệt: nguồn lửa nguồn nhiệt gây cháy thường lên đường từ các nguồn cội.
• Điện năng biến thành nhiệt năng (do các nguyên nhân quá tải, nghẽn mạch, gia nhiệt, hồ quang, tĩnh điện)

Phản ứng hóa học sinh nhiệt dẫn tới cháy bao gồm:

• Ma sát (cơ năng biến thành nhiệt năng)
• Ngọn lửa trần, nhiệt trần (nguồn lửa, nguồn nhiệt ở trạng thái mở như điếu thuốc, ngọn đèn, hàn xì khô)
• tự nhiên sét, nhiệt ác.

Các dấu hiệu để nhận biết đám cháy: thường có 3 dấu hiệu cơ bản để nhận biết được đám cháy.

• Mùi vị sản phẩm cháy được hình thành do sự cháy không hoàn toàn của chất chý tạo nên, do đó sản phẩm cháy của chất nào thì mang mùi vị đặc trưng của chất đó.
• Khói: khói là sản phẩm của sự cháy, sinh ra từ các chất cháy khác nhau nên có màu sắc khác nhau màu sắc của khói phụ htuộc vào điều kiện cháy đủ không khí hoặc thiếu không khí.
• Ánh lửa và tiếng nổ là biểu hiện đặc trưng của phản ứng cháy từ sự phát sáng của ngọn lửa mà phát hiện được cháy. Hoặc sự cháy xảy ra gây nổ và phát hiện được cháy.

Từ các dấu hiệu của đám cháy giúp ta phát hiện được đám cháy phán đoán được loại chất cháy để có biện pháp dùng dụng cụ thiết bị kỹ thuật chữa cháy cho phù hợp đạt hiệu quả cao.

5. Hóa học về nổ

Một vụ nổ ngoài 3 nguyên tố cần có của sự cháy thì cần thêm 3 yếu tố khác được biết qua “LỤC GIÁC NỔ” (Hexagon Explosion) đó là:

• Gas or Dust in suspension: Độ huyền phù (nổi lửng lơ) của các hạt bụi hoặc hơi gas
• Concentration: Nồng độ của các hạt/hơi này
• Explosive limits: Giới hạn nổ của các hạt/hơi này

Tam giác cháy và lục giác nổ

Độ huyền phù là sự phân bố của các hạt/hơi lửng lơ trong không khí. Nồng độ là lượng bụi/hơi trong một không gian kín hoặc bị giới hạn. Không gian hạn chế này cho phép tàng trữ và gia tăng khả năng của vụ nổ. Giới hạn nổ là nồng độ tối thiểu hoặc tối đa của hạt/hơi có thể xảy ra vụ nổ trong một không gian hạn chế nếu xuất hiện nguồn gây cháy.

Sau đây, chúng ta sẽ tìm hiểu 3 vụ nổ chính thường thấy trong cuộc sống là nổ hạt nhân, nổ hóa học và nổ lý học.

Nổ hạt nhân

Vụ nổ hạt nhân có thể được gây ra bởi phản ứng tổng hợp hoặc phản ứng phân hạch . Trong phản ứng tổng hợp, hạt nhân của hai nguyên tử nhỏ phối hợp với nhau tạo thành một nguyên tử lớn hơn, thỉnh thoảng đi kèm với neutron. Khối lượng của các sản phẩm của phản ứng nhỏ hơn khối lượng của các chất phản ứng và sự khác biệt về khối lượng đó được chuyển đổi thành năng lượng theo phương trình lừng danh của Einstein: E = mc 2 trong đó E là năng lượng được tạo ra, m là khối lượng chuyển thành năng lượng và c là tốc độ ánh sáng. Tốc độ ánh sáng rất lớn và chỉ một lượng nhỏ khối lượng phải được chuyển đổi để dẫn đến một vụ nổ đáng kể.

Trong phản ứng phân hạch, một nguyên tử lớn, chẳng hạn như urani, bị bắn phá bằng neutron, khiến hạt nhân của nguyên tử tách thành hai hạt nhân nhỏ hơn và một số neutron. Khối lượng phối hợp của các nguyên tử sản phẩm và neutron nhỏ hơn khối lượng của nguyên tử ban đầu và khối lượng tổn thất được chuyển thành năng lượng theo phương trình của Einstein. Các neutron được tạo ra bởi phản ứng phân hạch làm cho các nguyên tử lớn khác phân hạch và việc sinh sản neutron của chúng vẫn khiến các nguyên tử khác phân hạch, dẫn đến phản ứng dây chuyền nối theo cấp số nhân (tỉ dụ: 2, 4, 8, 16, 32, 64,…). tuốt tuột quá trình rất nhanh, chỉ mất vài phần triệu giây. Việc sinh sản năng lượng kết quả làm nóng không khí xung quanh và khiến nó giãn nở dưới dạng sóng nổ.

Cả hai phản ứng tổng hợp và phản ứng phân hạch đều có thể được sử dụng trong bom. Các phản ứng nhiệt hạch đòi hỏi nhiệt độ rất cao để bắt đầu, cho nên chúng được bắt đầu bởi các phản ứng phân hạch. (Khi được kiểm soát ở tốc độ chậm hơn trong các lò phản ứng hạt nhân, các phản ứng phân hạch được dùng để sản xuất năng lượng và nhiên liệu hạt nhân bổ sung.)

Nổ hóa học

Vụ nổ hóa học có thể là phản ứng phân hủy hoặc kết hợp. Trong cả hai trường hợp, phản ứng tỏa nhiệt và năng lượng được giải phóng bởi phản ứng được chuyển đổi một phần để hoạt động. Phản ứng phân hủy xảy ra trong các nguyên liệu như trinitrotoluene (TNT) và nitroglycerine. Các phân tử của các vật liệu này có chứa oxy. Khi phân tử bị phân hủy, các sản phẩm bị đốt cháy khí, được sản xuất ở nhiệt độ cao. Thể tích của khí lớn hơn nhiều so với thể tích của chất nổ, tạo ra áp suất cao tại vùng phản ứng. Sự giãn nở chóng vánh của các khí tạo thành sóng xung kích mang lại hiệu ứng nổ. Ngay cả một số hydrocarbon không có oxy trong phân tử của chúng, chẳng hạn như acetylene, có thể bị phân hủy một cách bùng nổ.

Phản ứng phối hợp đòi hỏi hai hoặc nhiều thành phần phản ứng với nhau tỏa nhiệt để tạo ra khí nóng. Một số ví dụ là ammonium nitrate và dầu nhiên liệu (ANFO), thuốc súng (kali nitrat, carbon và lưu hoàng ) và pháo bông. Trong các vụ nổ này, các chất phản ứng tạo nên chất nổ phải được trộn cẩn thận để đảm bảo rằng phản ứng sẽ tiếp chuyện.

Thiệt hại do vụ nổ phụ thuộc một phần vào tốc độ xảy ra phản ứng nổ. Phản ứng phân hủy thường xảy ra nhanh hơn nhiều so với phản ứng phối hợp. Chúng có nhiều khả năng được dùng cho các ứng dụng quân sự vì chúng có sức tàn phá cao hơn. Chúng cũng có hiệu ứng vỡ mạnh hơn (gọi là brisance ) so với các phản ứng kết hợp. Vụ nổ phối hợp thường được sử dụng trong các hoạt động phá hoang vì chúng có độ bầm thấp hơn và xảy ra với tốc độ chậm hơn.

Có một trường hợp vụ nổ đặc biệt được gọi là vụ nổ đám mây hơi có thể xảy ra khi một loại nhiên liệu (như propan bình thường) được trộn lẫn với khí quyển. Nếu đám mây bị đốt cháy, tốc độ cháy có thể đủ nhanh để tạo thành sóng xung kích. Mặc dù sức ép trong sóng xung kích có thể không cao lắm so với các vụ nổ khác, nhưng nó đủ mạnh để phá hủy hoặc phá hủy các công trình. Trong vụ nổ đám mây hơi, kết quả được gọi là sự lệch hướng nếu sóng xung kích di chuyển chậm hơn tốc độ âm thanh và phát nổ nếu sóng xung kích chuyển di nhanh hơn tốc độ âm thanh. Vụ nổ có sức tàn phá mạnh hơn sự xì hơi vì sóng xung kích mạnh hơn.

Cần lưu ý rằng chất nổ nói chung là các hợp chất không ổn định. Khi quá trình phân hủy tỏa nhiệt hoặc phản ứng kết hợp được bắt đầu, nhiệt độ sẽ tăng lên và phản ứng tăng tốc; nó thường không thể dừng lại.

Nổ lý học

Vụ nổ lý học là những vụ nổ trong đó không xảy ra phản ứng hóa học hoặc hạt nhân. thí dụ thường gặp nhất là vỡ một tàu có nhiên liệu, khí hoặc lỏng, tồn tại dưới áp suất cao. Nếu tàu chứa vỡ, nhiên liệu của nó được tự do mở rộng và sóng xung kích được hình thành. Ngay cả một lốp xe ô tô bình thường cũng có thể phát nổ nếu nó bị tràn quá mức.

Chất lỏng có nhiệt độ sôi thường ngày dưới nhiệt độ môi trường đôi khi được lưu trữ (dưới áp suất hơi của chính chúng) ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển. Nếu bể chứa chất lỏng vỡ, một phần chất lỏng bốc hơi cực nhanh và nở ra, tạo thành sóng xung kích. Quá trình này được gọi là vụ nổ hơi mở mang chất lỏng sôi (BLEVE) và kết quả vụ nổ có thể rất tàn phá.

Vụ nổ có thể được dùng cho mục đích xây dựng, chẳng hạn như khẩn hoang và xây dựng đường bộ; để giải trí, như bắn pháo hoa; hoặc cho mục đích phá hoại, như vũ khí quân sự và bom khủng bố. Chúng có thể được sử dụng cố ý hoặc vô tình. nguyên liệu nổ phải luôn được xử lý vô cùng cẩn thận để ngăn ngừa tai nạn. Sự thận trọng như vậy phải được thực hành với không chỉ chất nổ công nghiệp, mà cả các nguyên liệu thường gặp như pháo bông, phòng thử nghiệm và hóa chất công nghiệp, và khí dễ cháy.

6. Các phương pháp phòng cháy nổ hữu hiệu nhất hiện giờ

• Nên bưng bít cẩn thận khi dùng các thiết bị hàn có tình trạng phóng tia lửa điện.
• Không dùng lửa để rà các thiết bị chứa chất dễ cháy như bình gas trong bếp, xăng dầu trong bình hoặc những nơi có nguy cơ gây cháy.
• Tắt bếp, thiết bị điện khi ngừng sử dụng, không nên làm việc này và việc kia cùng lúc vì dễ dẫn đến tình trạng quên tắt thiết bị.
• dùng thiết bị điện đúng công suất để đảm bảo sự an toàn cho chính bạn và những người xung quanh
• Không lưu trữ những chất dễ gây cháy nổ khi không được phép của cơ quan có chức năng. Phải đảm bảo đúng tiêu chuẩn phòng cháy của cơ quan chức năng khi được phép lưu trữ.
• Khi có cháy, cần ngắt các thiết bị điện trong gia đình qua công tắc điện tổng bằng gậy, chất cách điện.
• dùng bình chữa cháy gần nhất để dập tắt các đám lửa nhỏ không liên quan đến xăng, dầu…
• Tuyệt đối không dùng nước để dập lửa phát ra từ xăng, dầu vì các chất trên nhẹ hơn nước nên sẽ khiến ngọn lửa mau chóng lan rộng, khó khống chế.

Đến đây là bài viết đã hết rồi. trông sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong mai sau. Lần sau nếu có ai hỏi về cháy nổ thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tuyên bố khước từ bổn phận:

Xin lưu ý rằng nội dung được cung cấp bởi trang web của chúng tôi chỉ dành cho MỤC ĐÍCH GIÁO DỤC. Cháy và nổ là một phản ứng rất hiểm nguy và phải luôn được xử lý cẩn thận và được sử dụng theo lẽ thường. Bằng cách dùng trang web này, bạn nhận rằng HHLCS.com sẽ không chịu bổn phận cho bất kỳ thiệt hại, thương tích hoặc các vấn đề pháp lý khác do bạn sử dụng kiến ​​thức hoặc ứng dụng thông báo trên trang web này. Đặc biệt, chúng tôi không chấp thuận việc sử dụng tri thức này cho các mục đích gây rối, không an toàn, phi pháp hoặc phá hoại. Bạn có bổn phận tuân theo tất cả các luật hiện hành trước khi sử dụng hoặc vận dụng thông tin được cung cấp trên trang web này.

Tham khảo Chemistry Explained , Fire Engineering , An toàn là trên hết , PCCCHoChiMinh , vi.wikipedia , Andrew M Romine và Armstrong .

Hóa học trong phòng cháy chữa cháy

đấu trong loạt bài viết về cháy nổ, lần này chúng ta sẽ tìm hiểu về hóa học đằng sau các biện pháp hóa học trong chữa cháy. Như đã đề cập trong bài viết hóa học về cháy nổ trước đó, thì có ba yêu cầu để bắt đầu và duy trì đám cháy đó chính là:

• Nhiên liệu hay chất cháy – gỗ, giấy, dầu, đồ dệt may, khí dễ cháy, v.v.
• Chất oxy hóa – thường là oxy từ không khí, nhưng có thể là hóa chất tiếp xúc với nhiên liệu.
• Nguồn nhiệt – nhiệt độ phải lớn hơn nhiệt độ đánh lửa của nhiên liệu.

Từ những tri thức cơ bản này, người ta đã đưa ra ba cách tiếp cận để dập lửa như sau:

• Starvation – cắt nguồn cung cấp nhiên liệu.
• Smothering – tách nhiên liệu khỏi chất oxy hóa.
• Cooling – hạ nhiệt độ, thường bằng nước.

và có năm loại bình chữa cháy chính là: nước, bọt, carbon dioxide, BCF (hoặc Halon 1211) và bột khô. Việc chọn lựa bình chữa cháy phụ thuộc vào loại nhiên liệu, và liệu điều này có hiểm nguy gì cho trang thiết bị điện tử bạn đang sử dụng không? Đó là câu hỏi của khá nhiều người. Để hiểu rõ hơn mời độc giả tiếp những phần tiếp theo nhé!

Giới thiệu

Trong một đám cháy nhiên liệu, nguyên liệu bị cháy đang qua quá trình oxy hóa mau chóng với sự tiến hóa của nhiệt và ánh sáng. Hiện tượng này được gọi là sự đốt cháy và oxy từ không khí là chất oxy hóa phổ biến nhất, nhưng các chất oxy hóa khác như nitrat, clorat và peroxit cũng có thể là chất oxy hóa và không nên được lưu trữ bên cạnh các vật liệu dễ cháy.

Hóa học xảy ra trong một đám cháy rất phức tạp và liên tưởng đến chuỗi phản ứng gốc tự do, và phản ứng tổng thể là rất tỏa nhiệt. Khi các hợp chất hữu cơ qua quá trình đốt cháy hoàn toàn sinh ra các sản phẩm chính là carbon dioxide và nước, nhưng thông thường trong các đám cháy thì quá trình đốt cháy hoàn toàn không xảy ra và bụi, khói và khí lại được tạo ra. Chúng thường gây hiểm cho những người mắc kẹt trong đám cháy. Để hiểu rõ hơn bạn có thể tham khảo thêm bài viết khác liên can tại đây nhé!

Nhiều vật chất phổ thông có thể cháy, nhưng may mắn thay, nhiệt độ cao là cần thiết để bắt đầu phản ứng, nhiệt độ đề nghị tối thiểu được gọi là nhiệt độ đánh lửa. Tuy nhiên các phản ứng oxy hóa rất tỏa nhiệt và nhiệt tỏa ra có thể duy trì hoặc tăng nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao thì phản ứng càng nhanh. Nếu nhiệt được sản xuất trong phản ứng nhanh hơn nó có thể tỏa ra xung quanh, và một vụ nổ nhiệt có thể xảy ra tại địa điểm đó.

“Điểm chớp cháy” của nhiên liệu là nhiệt độ tối thiểu mà nhiên liệu phải được đốt nóng hơi để đốt cháy trong sự hiện diện của không khí với ngọn lửa tự do; một số ví dụ như – methanol, 11 oC; dietyl ete, -45 oC; n-hexan, -21 oC; benzen, -11 oC. “Nhiệt độ đánh lửa” của khí là nhiệt độ tối thiểu mà tại đó một hỗn hợp dễ cháy của nó và không khí bốc cháy trong trường hợp không có một ngọn lửa; một số tỉ dụ như – hydro, 580 oC; xăng, 550 oC; khí gas, 600-650 oC.

Nhiệt từ đám cháy có thể được truyền bằng ba phương pháp là dẫn, đối lưu và bức xạ. Trong đó nhiệt dẫn được truyền bằng cách truyền động năng xuống theo một gradient nhiệt độ phê chuẩn xúc tiếp trực tiếp của vật liệu. Đây thường không phải là một quá trình quan trọng mà cháy lan tràn. Điều quan trọng nhất là sự đối lưu trong đó nhiệt được truyền bởi sự chuyển động của vật chất chính nó, trong đó lửa đang ở trạng thái khí.

Tuy nhiên bức xạ cũng rất quan trọng, đây là sự truyền nhiệt bằng sự phát xạ bức xạ hồng ngoại từ vật liệu trong ngọn lửa và chuyển đổi bức xạ này trở thành nhiệt khi tiếp thụ bởi một vật thể khác. Sự bức xạ cũng như đối lưu có thể ngăn người ta đến gần chỗ đám cháy. Một ngọn lửa có thể lây lan bằng cả hai phương pháp, làm tăng nhiệt độ của vật chất khác đến nhiệt độ đánh lửa của nó.

Phân loại đám cháy và cách dập tắt

Dựa vào loại vật liệu bị cháy thì đám cháy được chia thành 5 loại: A, B, C, D, K như dưới đây:

Nguồn CTV

• Đám cháy loại A: là phổ biến nhất, nó bắt nguồn từ những vật liệu dễ cháy như gỗ, giấy, lụa, nhựa, vải, rác… Đối với loại đám cháy này có thể sử dụng các chất chữa cháy như nước, khí co2, hoặc bọt chữa cháy.
• Đám cháy loại B: bất kì đám cháy nào bắt nguồn từ chất lỏng, chất khí hoặc vật liệu dễ cháy đều gọi là lửa nhóm B. Đám cháy loại này thường phổ thông trong các ngành công nghiệp xử lý sơn,chất bôi trơn, nhiên liệu. Trường hợp xảy ra đám cháy loại này thì cách ly chất cháy khỏi oxy bằng cách phủ kín là tốt nhất.
• Đám cháy loại C: đám cháy điện và các thiết bị điện tử được gọi chung là đám cháy C. Phương pháp dập tắt gồm có biện pháp cắt điện và dùng hóa chất không dẫn điện.
• Đám cháy loại D: gồm các kim loại dễ cháy như: titan, kali, magie, nhôm. Loại này rất phổ thông trong các phòng thể nghiệm. Đối với đám cháy loại này thì dùng chất bột khô là biện pháp chữa cháy tốt nhất.
• Đám cháy loại K: đám cháy loại này còn được gọi là lửa nhà bếp, xuất phát từ các chất lỏng dễ cháy như mỡ, dầu, chất béo xảy ra khi nấu ăn. Đây là một trong những đám cháy rất phổ biến và vô cùng nguy hiểm. Cách tốt nhất để dập tắt lửa của loại đám cháy này là sử dụng bình chữa cháy hóa chất ướt.

Dựa trên cách phân loại này, người ta đã đưa ra ba cách tiếp cận để dập lửa đám cháy đó là starvation, smothering và cooling (xem thêm ở đầu bài viết). Sau đây, chúng ta sẽ tìm hiểu hóa học đằng sau các loại bình chữa cháy nhé!

Hóa học đằng sau các bình chữa cháy

1. Nước

Chức năng của nước chỉ đơn giản là làm mát nhiên liệu đang cháy. Nước rẻ tiền, và có thể được dẫn vào chỗ cháy dưới sức ép cao. Các tòa nhà được cung cấp với vòi phun nước hoạt động tự động nếu nhiệt độ tăng trên một giá trị cố định. Các ống nước chữa cháy trong các tòa nhà có thể cung cấp nước sức ép cao từ mặt đất. Nhiều tòa nhà có cuộn vòi chữa cháy được kết nối với nguồn cấp nước sẵn sàng cho trường hợp khẩn cấp.

Hoạt động làm mát của nước đốn là do hơi nóng của nó. Nhiệt dung mol của nước lỏng, Cp,m, là 75 J K-1 mol-1 và nhiệt dung riêng của nó, cp, là 4,18 J K-1 g-1. Do đó, một lít nước sẽ thu nhận 313 kJ nhiệt khi đi từ 25oC đến 100oC. Trong khi đó, nhiệt lượng mol hóa hơi của nó, ∆vapH (H2O, l), là 42 kJ mol-1, thì một lít nước lỏng ở 100oC sẽ thu nạp 2300 kJ khi bốc hơi hoàn toàn.

Bây giờ, chúng ta sẽ coi xét bao nhiêu nhiệt được cung cấp bằng cách đốt gỗ. Gỗ phần lớn được tạo thành từ cellulose, một polymer của glucose. Nhiệt lượng mol của quá trình đốt cháy glucose, ∆cH(C6H12O6), là -2804 kJ mol-1, và từ đó có thể dễ dàng tính được rằng 1 kg glucose sẽ giải phóng 15 600 kJ nhiệt khi đốt cháy hoàn toàn. Như vậy dùng khoảng bảy lít nước sẽ là cần thiết để thu nhận nhiệt được cung cấp bởi một kg gỗ đang cháy.

Nước chỉ nên được dùng trên đám cháy loại A, nhiên liệu rắn. Hầu hết các chất lỏng hữu cơ có tỉ trọng thấp hơn nước và sẽ nổi lên trên và tiếp kiến cháy. Dẫn đến việc những giọt chất lỏng cháy tách ra cũng có thể xảy ra. Trường hợp thiết bị điện nếu dính nước có thể gây chập điện dẫn đến tia lửa điện có thể đốt cháy vật chất và vật chất trở nên dẫn điện. Các kim khí phản ứng như natri phản ứng mạnh với nước ở nhiệt độ môi trường để tạo ra hydro dễ cháy và các kim loại ít phản ứng như nhôm cũng phản ứng rất cao và tỏa nhiệt ở nhiệt độ cao hơn:

2 Al(rắn) + 6 H2O(khí) → 2 Al(OH)3 + 3 H2(khí)

2 H2(khí) + O2(khí) → 2 H2O(khí)

Bình chữa cháy nước đơn giản nhất có thiết kế là một ống nối với nguồn cấp nước áp lực cao. Vòi ống nước phải có khả năng cung cấp 14 lít mỗi phút và áp lực cần thiết cho việc này là 225 kPa cho vòi 13 mm và 150 kPa cho vòi 19 mm.

Bình chữa cháy xách tay loại nước được dùng để kích hoạt bằng cách lẫy chúng, điều này làm cho axit sunfuric trộn với natri bicarbonate giải phóng carbon dioxide để cung cấp sức ép cần thiết. Nhưng loại bình này hiện đang bị cấm. Bình chữa cháy hiện đại chỉ đơn giản là dùng áp lực có đủ khí nitơ để xả nước hoặc có một hộp chứa rất dễ bay hơi chất lỏng, thường là carbon dioxide. Để kích hoạt bình chữa cháy, cartridge được mở trong một số cách và chất lỏng bay hơi cung cấp áp lực cần thiết để đẩy nước ra ngoài.

2. Bọt (Foam)

Bọt là một khối ổn định của bọt khí chứa đầy và có tỉ trọng thấp hơn dầu, xăng hoặc nước. Các chất hoạt động bề mặt mang lại đặc tính bề mặt nước hiệp cho sự hình thành bọt là hòa tan trong nước và khi áp suất được phóng thích lên hổ lốn dung dịch và quá trình tạo bọt được xảy ra.

Bọt hoạt động bằng cách:

• Làm smothering bề mặt nhiên liệu dập tắt đám cháy.
• Tách bề mặt nhiên liệu khỏi ngọn lửa.
• Làm mát nhiên liệu và môi trường xung quanh.
• Ngăn chặn sự phóng thích hơi dễ cháy có thể trộn với không khí.

Một loạt các chất hoạt động bề mặt, dựa trên fluorocarbons, hydrocarbon, protein thủy phân và dung môi được sử dụng, công thức đặc biệt đổi thay theo loại đám cháy. Chúng được sử dụng trên cả loại A và loại B.

3. Carbon dioxide

Carbon dioxide có một điểm ba (triple point, nơi mà áp suất và nhiệt độ trong đó hình thức khí, lỏng và rắn cùng tồn tại) ở 5.11 atm và -57 oC so với nước 6 x 10-3 atm và 0 oC. Như vậy trong khi nước đá tan chảy thành nước lỏng ở 0 oC ở áp suất 1 atm và sau đó phải được gia nhiệt đến 100 oC cho nó để đun sôi, các chất rắn carbon dioxide (đá khô), được chuyển trực tiếp từ chất rắn sang chất khí tại áp suất khí quyển, và điều này xảy ra ở -78 oC.

Tuy nhiên, nếu khí carbon dioxide ở 25 oC bị nén đến áp suất trên 67 atm thì nó hóa lỏng. Điều này làm cho carbon dioxide là một nguyên liệu lý tưởng để chữa cháy vì nó có thể được giữ ở dạng lỏng trong các xi lanh có áp suất, và khi van được mở ra nó bốc hơi nhanh chóng tạo ra một đám mây khí carbon dioxide rất lạnh, sự mở rộng nhanh chóng làm mát mau chóng, do hiệu ứng Joule-Thomson. Hơn nữa do carbon dioxide đậm đặc hơn không khí, nó có thể tạo thành một tấm chăn đậy trên vật liệu cháy. thành thử, nó là hiệu ứng smothering và đóng vai trò quan yếu hơn hiệu ứng làm mát. Và tất nhiên là CO2 chẳng thể bị oxy hóa thêm.

Bình chữa cháy CO2 không nên được sử dụng trên các đám cháy loại A vì vụ nổ có thể phân tán quá trình cháy mịn

các hạt rắn hoặc giọt chất lỏng và do đó lan truyền lửa. Hơn nữa chúng không đủ tác dụng làm mát trên chất rắn cháy.

4. BCF (Halon 1211)

BCF hoặc Halon 1211 có công thức hóa học là CF2ClBr, các số ký hiệu phía sau là số lượng carbon, flo, clo và các nguyên tử brom tương ứng trên mỗi phân tử. hẳn nhiên Halon 1211 không trải qua quá lớp lang đốt cháy. Điểm sôi của nó là -4 oC và do đó nó dễ dàng bị hóa lỏng bởi áp suất tại nhiệt độ phòng và nó có áp suất hơi 2,3 atm ở 20 oC. Tỉ trọng hơi của nó là 16,5 g L-1 so với 1,1 g L-1 của CO2.

Do đó, nó có đặc tính tuyệt để dập tắt đám cháy và phun ra từ thùng chứa của nó với áp suất thấp hơn nhiều so với CO2 và không có khả năng phân tán một đám cháy. Xì hơi không phải là cách độc nhất vô nhị để chúng làm việc. Chúng đóng vai trò là người nhặt các gốc tự do trong ngọn lửa, chấm dứt các phản ứng chuỗi truyền. (Theo một nghĩa nào đó, chúng là chất chống oxy hóa). Nó có thể ăn nhập cho ắt các loại đám cháy.

Tuy nhiên, BCF đã dần được hạn chế dùng do nghị định thư Montreal vì chúng có khả năng gây suy giảm tầng ozone. Tuy nhiên, việc phân phối có thể sẽ được đưa ra cho việc sử dụng trong hàng không, hàng hải và tải cho đến khi chọn lựa thay thế khả thi được tìm thấy.

5. Bột khô

Ngoài cát còn có hai loại bột khô chính được dùng trong chữa cháy. Đó là hóa chất khô thẳng tuột sử dụng cho đám cháy loại B hoặc C, với thành phần chính là natri bicarbonate (NaHCO3) và hóa chất khô đa năng cho các đám cháy loại A, B và C, với thành phần chính là mono-amoni photphat (NH4H2PO4). Sau này người ta đã gần như thay thế hoàn toàn (99%) so với trước đây.

Các loại bột được đẩy hay phun ra khỏi thùng chứa của chúng bằng áp suất nitơ hoặc bằng cartridge CO2 như trong bình chữa cháy nước.

Natri bicarbonate tan chảy và phân hủy ở 270 oC khi đun nóng. Phản ứng cân bằng

2NaHCO3 → H2O + CO2 + Na2CO3

là phản ứng nhiệt theo hướng thuận; ∆rH = 91 kJ mol-1. Đây là phản ứng thu nhiệt với hằng số cân bằng tăng theo nhiệt độ. Nó thay đổi từ 1,8 x 10^-5 lúc 25 oC đến 4 x 10^8 tại 427 oC. Do đó, ở nhiệt độ của lửa được hấp thu bởi bicarbonate thì carbon dioxide và nước được tạo ra. Do đó natri bicarbonate hoạt động bằng cách hấp thụ nhiệt

từ lửa và đưa ra các sản phẩm sẽ giúp làm smothering nó. Na2CO3 tự tan chảy ở 851 oC.

Dữ liệu cho điểm nóng chảy của mono-ammonium phosphate ở 190 oC, không đề cập đến sự phân hủy. Để tìm hiểu thêm về cách thức hoạt động của hợp chất này, nhà khoa học John Packer đã tiến hàng đun nóng một số NH4H2PO4 trong nồi nấu kim khí bằng đầu đốt bunsen. Ngay khi nó tan chảy xuất hiện “sôi”, những bong bóng giống như vết phồng lớn hình thành và chúng khá to khi chúng vỡ. Không có mùi amoniac. Sự sủi bọt chấm dứt sau một thời kì ngắn và dạng lỏng nhớt xuất hiện.

Tiếp theo, ông đã nghiên cứu hợp chất này bằng phương pháp phân tách nhiệt quét vi sai (DSC), trong đó ghi lại lượng nhiệt tiếp nhận khi nhiệt độ tăng đều. Khi một chất rắn tan chảy, chúng cho thấy một đỉnh sắc nét tại điểm nóng chảy. NH4H2PO4 cho thấy một lượng lớn nhiệt thu nhận ở điểm nóng chảy, nhưng hấp thu liên tiếp lên tới 350 oC. Lúc này 260 J g-1 nhiệt đã được hấp thụ. Chúng cho thấy hai sự tiếp nhận nhỏ hơn nữa ở 410-430 và 500-580 oC, đề nghị sự đổi thay hóa học hơn nữa. Làm mát đến 25 oC một chất rắn màu trắng hình thành, nhưng khi hâm nóng hợp chất không tiếp thụ nhiệt hoặc tan chảy.

giảng giải khả dĩ nhất cho quờ quạng những điều này là anion của muối qua quá trình trùng hợp và loại bỏ nước, bước trước tiên là:

2 (HO)2PO2- → (HO)PO-O-PO(OH)2- + H2

Do đó, hợp chất này cũng hoạt động bằng cách nóng chảy ở nhiệt độ tương đối thấp, kết nạp một lượng lớn lượng nhiệt và nước được tạo ra, với chất lỏng làm smothering đám cháy hiệu quả.

Các bình chữa cháy loại nhỏ và xe chữa cháy hay sử dụng bột khô. Vì bình CO2 nhỏ nhất chứa 2 kg CO2 và vì các xi lanh phải chịu được sức ép cao hơn nhiều hơn bột khô vì vậy chúng cồng kềnh và đắt tiền. Trong khi đó, 1 kg bột khô có hiệu quả tương đương 4 kg CO2.

Ngoài ra, hỏa hoạn có thể được ngăn chặn bằng cách dùng các vật liệu không cháy nếu có thể. Trong silicat các yếu tố vật chất khác ngoài oxy đã ở thể oxy hóa cao nhất. bởi vậy, chúng không cháy và hẳn nhiên được dùng rộng rãi trong xây dựng như bê tông, gạch và kính.

Tường thường được xây dựng bằng tấm thạch cao. Với một ngọn lửa trong một căn phòng, tấm thạch cao hấp thu nhiệt, mỗi kg thạch cao phóng thích 200 g nước.

CaSO4.2H2O → CaSO4.½H2O + 1 ½H2O

Nước này hoạt động như một rào cản nhiệt, đảm bảo rằng nhiệt độ đằng sau tấm thạch cao không tăng đáng kể trên điểm sôi của nước và do đó ngăn chặn đám cháy băng qua bức tường.

Trên đây là một vài điều thúc về hóa học đằng sau các phương pháp chữa cháy. coi sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong ngày mai. Lần sau nếu có ai hỏi về chúng thì hãy nhớ về hóa học đằng sau nhé!

Tuyên bố từ chối bổn phận:

Xin lưu ý rằng nội dung được cung cấp bởi trang web của chúng tôi chỉ dành cho MỤC ĐÍCH GIÁO DỤC. Cháy là một phản ứng rất nguy hiểm và phải luôn được xử lý cẩn thận và được dùng theo lẽ thường. Bằng cách sử dụng trang web này, bạn nhận rằng HHLCS.com sẽ không chịu trách nhiệm cho bất kỳ thiệt hại, thương tích hoặc các vấn đề pháp lý khác do bạn sử dụng kiến ​​thức hoặc áp dụng thông báo trên trang web này. Đặc biệt, chúng tôi không chấp nhận việc sử dụng tri thức này cho các mục đích gây rối, không an toàn, phạm pháp hoặc phá hoại. Bạn có nghĩa vụ tuân theo bít tất các luật hiện hành trước khi sử dụng hoặc áp dụng thông báo được cung cấp trên trang web này.

Tham khảo John Packer , An toàn là trên hết , CTV , Fire Engineering ,