走进化学大观园
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你也许会注意到不少烤羊肉串商贩使用木炭炉火烤制羊肉串,木炭(图1-20)是比较纯净的碳,燃烧不会产生异味。木炭又是从哪里来的?

图1-20 木炭

木炭是用棒状的大木头,在炭窑中用火烧制的。木材是由碳、氢、氧组成的复杂物质,木炭的主要成分是碳构成的简单物质。在烧制木炭时,为什么木材没有烧成灰?木材是怎么转化为木炭的呢?

我们都知道,物质燃烧需要空气中的氧气。如果空气供给充足,木头就会完全燃烧,直到成为灰烬。如果控制空气的流通,使空气不足,木头外面一层烧了,里边的木头只是受到高温的烘烤,无法燃烧,而发生分解,产生很多液态物质和挥发的气态物质,木质材料发生了变化,慢慢炭化,变成木炭。烧炭的炭窑,在下部的侧面开有小通风口(也是点火口),炭窑的上部被封住,插上一个小烟囱,只允许有一定的空气流动。炭窑的中部堆放了烧炭的粗大木棒,旁边再堆放一些作为燃料的小木头。开始烧窑时,从点火口点燃小木柴,让火势慢慢地蔓延到粗大的木棒上,使粗木棒慢慢被点燃,当木棒外层部分已经烧得差不多了,木棒的内部变成通红的时候,可以完全把通风口封住,断绝空气流入炭窑,木棒就不会再燃烧了。过几天,烟囱不冒烟一段时间后,可以堵住出烟口,待木炭冷却,就可以开窑取出木炭了。

木头变成木炭的过程中,木材在高温下发生一系列复杂的化学变化,最终炭化成为木炭。随温度上升,木材中含有的水分转化为水蒸气放出,而后木材吸收热量,明显分解、变化。随温度升高,木材急剧分解,放出大量反应热,生成大量气态、液态产物,冒出大量白烟。温度再上升到450~500℃,残留在木材中的挥发性物质吸收热量,几乎完全挥发,慢慢变成木炭。木炭烧制过程中,木材在高温、隔绝空气下发生的化学变化过程,称为干馏。

钢铁工业中使用的焦炭(比较纯净而且硬度大),就是利用相似的原理,用煤炭在炼焦厂里进行煤的干馏生成的。