Malý zázrak - sirky

Proč se zapálí sirka jen při škrtnutí o krabičku? Při které teplotě dojde k samovznícení - a čím se dnešní sirky liší od svých dávných předchůdkyň? (délka blogu 8 min.) 

Dnešním moderním sirkám se dá říkat “bezpečnostní”. Zapálí se jen v určitých podmínkách - totiž když se sirkou škrtneme o jeden speciální povrch. Tento většinou tmavě hnědý nebo tmavě červený iniciátor bývá nanesen na bočních stranách krabičky. Když přes něj přejedete prstem, dělá dojem velice jemného brusného papíru. Není to náhoda - do hmoty, která pokrývá papír, se totiž opravdu přidává velice jemně mleté sklo. 

Bezpečná versus nebezpečná sirka

Za to, že se dá rozdělat oheň pomocí sirky, může… jak jinak - chemie. Při smíchání určitých komponent vzniká explozivní směs, která vyvíjí poměrně velké množství tepla, takže je schopná zapálit dřívko, na němž jsou chemikálie naneseny. Teorie je tedy velice jednoduchá. Už první sirky byly velice účinné. Byly dokonce až tak účinné, že bylo potřeba změnit složení hlaviček sirek tak, aby se zabránilo jejich nechtěnému samozapálení. 

K reakci jsou nutné různé chemické látky. Není tedy nic jednoduššího než je vzájemně oddělit. Z bezpečnostních důvodů se už dnes nenacházejí všechny v hlavičce sirky (jak tomu bylo u prvních sirek), ale jsou rozdělené do dvou skupin. Řešení je stejně jednoduché jako geniální. Zatímco se speciální chemikálie v hlavičce sirek nacházejí uvnitř krabičky, je druhá komponenta, nutná k zapálení sirek, umístěna na krabičce z vnější strany. Nemůže tedy dojít k nechtěnému kontaktu a vzplanutí, které dříve způsobovalo nemálo nehod. 

Co hoří v sirce?

Sirkové hlavičky obsahují hořlavý materiál - malé množství (asi 5 %) síry a sulfidu antimonitého - a oxidační materiál (ten tvoří zhruba polovinu hmoty) chlorečnan draselný a nitrát draselný. Reakci napomáhají ještě katalyzátory jako chromát draselný nebo oxidy manganu. Neuškodí také, když se do hmoty hlavičky sirky zamíchá něco málo rozemletého skla. Zbytek hmoty pak připadá na pojivo, kterým může být dextrin nebo arabská guma. Hlavičky se barví různými barvivy. 

Spoluhráčem, který jako jediný dovolí, aby se sirka vznítila, je škrtací políčko na boku krabičky. To pro změnu obsahuje červený fosfor a mletý skelný prášek, nanesený spolu s pojivem a případnými barvivy. 

Dřevo dnešních sirek je “vytuněné” stejně, jako jejich aktivní zápalná část. Při výrobě sirky prochází koupelemi anorganických solí, takže nehoří moc rychle a nedoutná. Princip spočívá v tom, že se tyto soli při vyšších teplotách rozkládají - a přitom spotřebovávají část tepla, které se vyvinulo při hoření dřeva.

Chemická reakce takového zpomalení:

4 (NH4)2HPO4 + Energie ———> 8 NH3 + 6 H2O + P4O10

Parafín se naopak postará o to, aby hořelo stejnoměrně a neshořelo příliš rychle. Funguje v podstatě stejně, jako knot svíčky, který je nasáklý parafínem. Sám o sobě by knot rychle shořel a rozpadl se. Pokud v sobě má něco málo parafínu, ponechává si poměrně dlouho svou formu - a hoří parafín. 

Zapálení sirky škrtnutím o krabičku

Dnešní sirkou můžete škrtat o zeď, podrážku nebo jiný drsný předmět, aniž by vzplála. Jakmile ale dojde k podobnému kontaktu se škrtátkem na boku krabičky, je zřejmé, kolik síly v něm vlastně vězí.

O dostatečný kontakt se postará jemně drcené sklo. Po hladkém povrchu by sirka sjela, hrubší povrch pomáhá k lepšímu kontaktu obou hlavních aktérů: chemikálií fosforu a chlorečnanu draselného. 

(KClO3/KNO3) + P(červená verze) ———> (KCl/KNO2) + P (různé oxidy) + energie

Při kontaktu obou chemikálií se tvoří mikroexploze, ve které se uvolňuje poměrně velké množství energie. Ta pak zapaluje síru v hlavičce sirky a nakonec také dřevo. 

Bezpečnost dnešní sirky

Samotná hlavička sirky se mimochodem může vznítit také bez přispění škrtátka. Děje se to ale až při daleko vyšší teplotě. Pokud necháte sirky ležet například v troubě, bude při zhruba 220 °C teplota dostatečně vysoká na to, aby se chlorečnan v hlavičce sirky začal samovolně rozkládat. Přitom uvolní kyslík, ten zoxiduje síru (nebo její sloučeninu sulfid), zapálí pojivo a nakonec i dřevo sirky. 

Rozhodně se to ale nestane už při běžné teplotě, jaká se tvoří například v autě, nechaném na slunci. Také proto se dnešním sirkám říká bezpečnostní. Samovznícení hlaviček probíhá až při tak vysokých teplotách, které se v našem běžném světě vyskytují jen úmyslně - s přispěním člověka. 

Teplota, která vzniká na škrtátku na boku krabičky, není moc vysoká - pohybuje se kolem 60 °C. Běžná hranice bolesti při dotyku s horkým předmětem odpovídá 80 °C. 

Proto se o škrtátko nespálíte, ani kdybyste se ho dotkli krátce po škrtnutí sirkou. Tepla, které vznikalo při zapálení sirky a mohlo by ohřát škrtátko, si navíc nejspíš ani nevšimnete, protože je jeho množství omezené.