电石和水反应生成什么气体(电石灯:你相信水和石头碰撞出的光吗?)
来来来,先看一首用打油诗写成的谜语,猜猜是个啥物件。
水中石头能冒火,
罐中光芒指引我。
脾气不好臭易爆,
瑕不掩瑜好处多。
猜不到吧?如果不是我写的,我自己也猜不到。因为这种物件现在基本已经消亡了,谜底叫:电石灯。
这是一种非常奇特的照明设施,在铁罐子里放一把石头,加一杯水,然后就可以发光照明。
沿革
电石灯发明于1900年左右,从此以后,这缕由水和石头碰撞出的光为无数人在黑暗中指引了方向。
这种灯具可根据需要,针对不同的应用场景做成不同的形态。既可以提在手上,也可以挂在帽子上,还可以固定在摩托车和汽车上,所以应用范围非常广,曾经广泛被使用于民用、采矿、农业、机车、军事以及狩猎等户外运动领域。
在电灯普及以前,西方工业化国家电石灯的使用率非常高。我国也是这样,因为工业基础薄弱、工业体系不健全,从清朝末年开始,直到50多年前,电石灯和蜡烛、菜油灯、煤油灯构成了照明设备的主流。电灯更不用说,是最后才逐渐普及的,因为当时很多地方的电力设施不完善,即使部分城市有电力系统,供电也不正常。
在过去很长一段时间里,电石灯曾为千家万户带来光明。据说一直到上世纪80年代,国内城市里很多晚上经营夜宵摊、地摊的小商贩,还在使用电石灯作为照明设施。
随着电力基础设施的完善,LED 灯等电力和太阳能照明设备的发展和普及,电石灯逐渐被大众遗忘。1995年之后世界各国大都停止了电石灯的生产,如今这个老物件已经基本在市场上销声匿迹了。
原理
电石灯,顾名思义就是以电石为燃料的灯。电石的主要成分为碳化钙,是一种无机化合物,化学式为CaC2。碳化钙这种东西直到现在还是重要的基本化工原料,遇水立即会发生激烈的化学反应,生成一种叫乙炔的气体,并放出热量。碳化钙主要用于产生乙炔气,也用于有机合成、氧炔焊接等工业领域。
碳化钙在纯度100%的理想状态下为白色结晶性粉末,但生产出来的工业成品因为纯度不够,难免含有其他杂质,所以为灰黑色块状物,断面为紫色或灰色,也就是我们所称的“电石”。
除了专业搞化学的,咱们一般人没兴趣也没必要知道复杂的化学名词和公式。我们只需要知道电石灯发光原理是利用电石与水发生化学反应生成乙炔这种气体,然后将乙炔点燃后燃烧发光。因为乙炔这种气体是这种灯具的灵魂,所以电石灯也叫乙炔灯。而气体在英文中叫“嘎斯”(gas),所以电石灯也叫嘎斯灯。
现在我们知道了,电石灯所需的原料就是电石和水,电石玉露一相逢,便胜却人间无数。虽说如此,原理有了、原料有了,需两者发生光芒四射的反应,还得有容器。
电石灯一般由水筒、气室、阀门、喷嘴和光源反射器组成。
先将电石放入气室中。根据电石灯的大小和需要的亮度,可以放入不同数量单位的电石。注意不要让电石接触到空气中的水分,否则会提前发生化学反应。
将水筒阀门关闭并装满水。随后将阀门打开,并让水流入气室中。根据需要的亮度,可以调节阀门的大小,从而控制水流的速度。
当听到气室中有嘶嘶声时,说明乙炔气体已经产生,并通过喷嘴排出。此时,可以用打火机或火柴点燃喷嘴处的气体,明亮的火焰就这样产生了。
电石灯可以通过调节阀门或者光源反射器来调节亮度。如果要关闭电石灯,可以将阀门关闭,并将火焰吹灭。
优势
电石灯作为曾经非常重要的照明工具,肯定不是因为其颜值,而是因为有几样非常明显的优点。
便宜:电石灯所需的原料都很便宜且容易获取。电石是常见的化工原料,水也是地球上存储量很大的资源。相比之下,蜡烛、菜油灯、煤油灯需要消耗相对昂贵且稀缺的矿产和动植物资源。至于电灯,在50多年前是很多普通家庭见不到、用不起的高档物件。毕竟当时的很多人对未来美好生活的畅想就是:楼上楼下,电灯电话。
明亮:电石灯的亮度远高于蜡烛和油灯,甚至可以与白炽灯相媲美。一盏电石灯可以轻松地照亮一个房间或者一个营地。
安全:比起蜡烛和油灯,电石灯更不容易引起火灾。因为电石灯的火焰是由乙炔气体产生的,而不是由固体或液体燃料产生的。所以,即使电石灯倒置或者摔落,也不会造成燃料泄漏或者火花飞溅,只要电石没碰到水,火焰就会自动熄灭。
环保:电石灯的燃烧过程只会产生二氧化碳和水,这些都是无害的物质。电石分解后的副产品氢氧化钙,可以用作肥料或者建筑材料,不会造成浪费与污染。
此外,电石灯在使用时会产生热量,当环境气温比较低时还能兼做取暖设备使用。
缺点
世界上没有十全十美的东西,电石灯有这么多优点,当然也有其缺点。
第一个缺点是有臭味。电石灯在使用的时候,水一滴滴缓慢地从水筒中流下来,落到气室中,接触电石后就被作为水解电石的原料。使用的时候如果进水门开大了,进水过多会产生过量乙炔,气体会从进水门排出。虽然纯乙炔无色无味,但由于电石中往往含有杂质,导致产生的乙炔气体不纯,会产生难闻的臭气。
还有,如果电石灯放入的水太多,不得不将进水门拧死,此时过量的乙炔只能从灯头孔往外排,发出吱吱的响声。大量气体的作用力会将灯头鼓起,严重的时候甚至会导致电石灯爆裂。虽然前面说过,电石这种燃料比较安全,即使灯爆了也不会造成什么太大安全隐患,但毕竟吓人不是?
此外,既然电石灯要用到水,如果气温低到冰点以下,水被冻住,灯的正常使用就会受影响。这时就得想办法让水温保持在0度以上。老舍先生的小说《骆驼祥子》就有这样的情节描写,祥子下雪天在外面拉车,为了保证照明用的电石灯能正常使用,他不得不将灯里的水筒揣在怀里保温,冰冷的铁质水筒让他冻得直哆嗦。
余韵
当代社会,商家开发的各类便捷又便宜的照明器材琳琅满目,能适用几乎所有应用场景。电石灯离照明市场越来越远,几乎要被人们所遗忘,成为古董般的存在。
但电石灯并没有完全灭绝,它的一个特性使这种古董级的老物件生命绵延至今。
电石灯用明亮且温和的火焰照明,其扩散的亮光和白炽灯泡不同。白炽灯的照射有一个非常明亮的照点,其光照明暗交界处的对比度很高,容易使人眼产生隧道效应,即视角变窄并产生距离误差。而电石灯的照距虽短,但视角很宽。
因为有这种特性,电石灯现在仍然是洞穴探索、矿产开采和一些特殊行业的照明工具。虽然已经退出了大众市场,但在户外用品这样的小众赛道中,电石灯仍然在默默地为“光明事业”做出自己的贡献。
一百年前水和石头碰撞出的光,现在仍未熄灭……
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