紅磷的燃點為200度左右,而氯酸鉀分解所需最低溫度(加催化劑二氧化錳)為80度左右,為什麼兩者的混合物在常溫下無法穩定存在太久——甚至輕微的觸動都可以引發自燃/爆炸?
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1 # 和風
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2 # 清風13911171
小時候玩過惡作劇,氯酸鉀(氧化劑)加紅磷(1:3)紙包好夾在兩片砂紙之間,放在凳子腳下,人一坐上就響了,還有以前鞭炮的火藥配方是氯酸鉀加端午節時用的雄黃粉(1:1)混合,以前也可當作雄黃炮炸野豬,氯酸鉀和硫磺混合也會爆炸,後來國家就禁止這些危險爆炸化學品出售了。
先看一下維基百科對於爆炸的定義:
爆炸……是指在爆炸發生當時產生的穩定爆轟波,也就是有一定體積的氣體在短時間內以恆定的速率輻射性高速脹大(壓力變化)抓住核心就是短時間內壓力迅速變化,要考慮物理化學兩種因素的作用。
氯酸鉀常溫常壓下穩定,儲存適當的情況下是不會分解的;紅磷同樣在常溫常壓下穩定,難以和氧氣發生反應,主要表現出還原性,是磷單質所有的同分異構體裡穩定性最高的一個,所以這兩種物質在適當的環境下單獨存放的時候,是不會自發反應,更不會發生爆炸。
但是,當兩種物質混合在一起的時候,就沒那麼穩定了,氯酸鉀 KClO3,Cl是+5價,最外層電子數為2(7-5),有較強的奪取5個電子的傾向,即表現出氧化性;而紅磷中的磷原子最外層電子數恰恰就是5個,在有強氧化劑存在的情況下紅磷表現出還原性,所以兩種物質一旦混合就是乾柴烈火,反應方程式如下:5 KClO3+6 P→5 KCl+3 P2O5,但是到了這仍然看不出『爆炸』是如何發生的,因為生成物裡並沒有氣體產生,不過反應方程式裡沒有註明的就是這是一個會釋放大量熱量的反應,而且這個反應的速率非常高,短時間內大量釋放熱量,勢必會造成區域性空氣會迅速加熱膨脹,如果反應在一個相對狹小的空間內(如試劑瓶),那麼膨脹的空氣就會形成高壓進而發生爆炸。
然而,這還並不是爆炸的主因,上面有說到磷和氯酸鉀在常溫常壓下都是穩定的,但是如果在高溫高壓下就完全不一樣了, KClO3會迅速分解產生氧氣,而紅磷在高溫下會在氧氣中燃燒,釋放出更多的熱量。到這裡,爆炸需要的物理化學因素都到齊了,氯化鉀和磷混合導致的第一步氧化還原反應會釋放大量熱量,高溫導致尚未來得及反應的氯化鉀分解產生氧氣,紅磷和氧氣在高溫下燃燒產生更多的熱量,更多的熱量讓更多的氯化鉀分解……這是一個一旦開始就會不停持續反應而且反應越來越激烈的正反饋,最終的結果的就是在非常短的時間內產生大量的氣體和熱量,熱量會加熱氣體使其迅速膨脹,產生高壓,最終發生了爆炸。