实际上,这正是安全矿灯的原理。安全矿灯又叫做戴维灯(Davy Lamp),是“无机化学之父”、英国化学家戴维所发明的。[1][2]当时由于矿井经常瓦斯爆炸发生矿难,所以戴维决定发明一种不会导致爆炸的照明工具。
矿井中一片漆黑,所以必须要进行照明——当时的条件就是明火照明;但是矿井中还可能会有瓦斯气体,当达到一定的浓度时,接触明火就会爆炸。如果用玻璃完全隔开火焰和外界环境的话,的确就不会发生爆炸了,但是此时氧气也无法进入,所以火焰也会熄灭。
最终戴维的方法是,用金属网来隔开火焰和外界环境。一方面,金属网还是有孔隙的,所以氧气依然可以接触到火焰;另一方面,金属是热的良导体,具有极高的导热率——这样一来,当火焰燃烧到金属网上时,热量很快就被传到金属网的其他区域去了,所以火焰极难穿过金属网,也就实现了对火焰和瓦斯气体的隔离。可以说是非常的巧妙。所以,这里你能够理解为何火焰没能穿过铁丝网了吧?另外,瓦斯的确可以进入到铁丝网之内燃烧,但是也只局限于在内部燃烧,火焰不会溢出来所以也不会引发爆炸。
另外,感谢 @不觉 提供的链接[3]。除了传热的原因外,安全矿灯对于爆炸的阻止还与阻止自由基链式反应有关。爆炸过程中会有很多的支链自由基反应发生,比如会有下列的链反应:
链引发:
链传递: ( )
链终止:
而金属网就充当了容器表面的角色,所以使得更多的自由基支链反应被终止了,所以也就不容易发生爆炸了。
下面我来简单说说戴维这位化学家。还记得我在中学时,当时还常常看一些高考高分作文之类的书,里面一个常用的素材就是戴维。对于他的评价一般就是,做出了安全矿灯之后就沾沾自喜,从此一心扑在向公众科普上,从而荒废了自己的科学研究,而且最大的贡献是发现了法拉第。
我不知道这样的故事最早是谁编撰出来的,但是不得不说对于戴维真是恶意满满。比如下面这本就是这样介绍的。(这里放好物是为了完成任务的,我个人并不推荐这本——这句划掉)
在我心中,戴维他是最伟大的科学家之一。他发现了最多的化学元素,他开创了农业化学,他发现了笑气的麻醉作用,他证实了金刚石和石墨是同一种元素,更别提他发明的安全矿灯拯救了无数的矿工!而为公众做科普,我觉得这也是一项巨大的贡献,也值得被尊敬。而至于说他毕生最大的贡献是发现了法拉第,实际上这句话是戴维自己说的![4]
晚年的戴维曾说过:“我虽然在科学上有很多发现,但是我这辈子最大的发现,就是发现了法拉第。”
我觉得这是他自谦的一句话而已,可别真以为他一事无成了。
下面推荐两本北大化院出的化学科普书,其中我参与了第二本《明星分子》的撰写(没有稿费——这句也划掉)。