鐵粉氧化發(fā)熱，就是這么神奇

在網(wǎng)上看到，說取鐵粉30克、活性炭3克、食鹽水7毫升混和放入燒杯，用玻璃棒攪拌，2分鐘后杯內(nèi)熱氣騰騰，6分鐘后鐵粉開始變色，10分30秒后，朝陽(yáng)鐵粉記錄到最高溫度為96℃。但我按此做了實(shí)驗(yàn)，并非如此，根本沒有發(fā)熱反應(yīng)，這是什么原因？

其實(shí)很簡(jiǎn)單，鐵粉和活性炭最好是粉末狀，或至少鐵是粉末狀的（越細(xì)反應(yīng)越快，升溫就越明顯），然后兩者要充分接觸，這個(gè)是電化學(xué)氧化的原理，參看高中化學(xué)原電池一段的知識(shí)點(diǎn)。

在日常生活中，人們總離不開各種各樣的能源的應(yīng)用。日常飲食中需用到的熱能、 取暖的太陽(yáng)能地?zé)崮艿鹊綗o(wú)所不用的電能光能都是其中的典型代表。不同能源類型有著不 同的來(lái)源方式，但都不脫離各種物理化學(xué)反應(yīng)。如光能來(lái)自太陽(yáng)輻射，熱能(一般而言)來(lái) 自燃燒中的放熱反應(yīng)，電能由勢(shì)能風(fēng)能熱能等其他能源轉(zhuǎn)化而來(lái)，核能則通過原子的核聚 變產(chǎn)生。由于制備方式各異，對(duì)生產(chǎn)力的要求也不同，在使用過程中的應(yīng)用必定有所局限。 例如電能只能限制在有輸入輸出設(shè)備等家居環(huán)境中使用，即便電池的發(fā)明將電能在時(shí)間和 空間的應(yīng)用距離延伸，但仍然只能維持在一段時(shí)間內(nèi)，當(dāng)需要野外出行或因職業(yè)等原因要 求外出作業(yè)時(shí)，電能就顯得不那么方便了。因此利用一些簡(jiǎn)單的化學(xué)放熱反應(yīng)制成的自發(fā) 熱裝置就有用武之地了。很早之前人們就知道石灰石加水會(huì)產(chǎn)生大量熱量，這就是化學(xué)放熱的最基本應(yīng) 用，但此反應(yīng)過于激烈而且持續(xù)時(shí)間短，不僅不能有效利用，還會(huì)污染環(huán)境，因此應(yīng)用范圍 不廣。還有一些人發(fā)現(xiàn)醋酸鈉溶液結(jié)晶會(huì)放熱且可循環(huán)使用。鐵粉與空氣接觸氧化放熱 等。這些都是化學(xué)自發(fā)熱的應(yīng)用。洞悉商機(jī)的人利用這些原理制成“暖手蛋”、自發(fā)熱護(hù)膝 護(hù)腰、自發(fā)熱耳貼等各種產(chǎn)品放到市場(chǎng)銷售，以滿足人們的需要。良好的自發(fā)熱材料是人們 一直努力尋找的材料。如今人們的視野已不止局限于普通的化學(xué)自發(fā)熱材料，發(fā)熱機(jī)理也 不僅限于化學(xué)反應(yīng)。用聚合物固體電解質(zhì)(SPE)代替水、無(wú)機(jī)鹽制備固態(tài)的一次性自發(fā)熱 材料。這種新材料的使用賦予了自發(fā)熱材料優(yōu)良的性能接觸空氣釋放熱量均勻，比能量 高。熱電材料可以通過將熱能和電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在溫差制冷和發(fā)電方面有著極其廣闊的應(yīng) 用前景。復(fù)合材料的相繼發(fā)展，納米材料、非晶材料、超晶格等新型體系，讓人們有可能以更 大自由度比較、選擇性能更好的自發(fā)熱材料。電光轉(zhuǎn)換材料使得自發(fā)熱材料能夠在日常生 活中的得到充分普及?？偠灾?，自發(fā)熱材料的研究將使人們的生活越來(lái)越便利，簡(jiǎn)單。

本發(fā)明的目的在于提供一種自發(fā)熱材料的配方，發(fā)熱配方的主要原理是鐵粉與空 氣中的氧氣發(fā)生放熱反應(yīng)，這個(gè)反應(yīng)是一個(gè)氧化還原反應(yīng)，故我們可以還原性更好的金屬 物質(zhì)，例如，還原鋅粉，還原鐵粉，還原銅粉等，考慮到價(jià)格與反應(yīng)效率，我們這里采用還原 鐵粉。配方中的碳粉具有催化劑的作用，吸附性質(zhì)使其自發(fā)熱的熱量來(lái)源于還原鐵粉與空 氣中的氧氣發(fā)生快速反應(yīng)釋放出熱量，使放熱量大于散熱量而導(dǎo)致溫度升高，從而出現(xiàn)了 自發(fā)熱現(xiàn)象，因此我們采用吸附性更好的活性炭粉-200目。在該反應(yīng)中水和木粉的作用是 使各種固體粉?；旌?，使各部分均勻，提供氣固兩相反應(yīng)的接觸面以利于鐵粉完全反應(yīng)和 提高配方的熱容量，以便于控制溫度，根據(jù)硅藻土的性質(zhì)我們可以將木粉該成硅藻土。并且 我們采用正交實(shí)驗(yàn)研究它的最優(yōu)配方。