不可思議的“器壁效應”

朱繼銀

有一種阻止火焰通過的裝置叫作阻火器，一般用在輸送可燃氣體的管道中。“器壁效應”是阻火器的工作原理之一。我們一起動手制作一個簡易裝置，模擬阻火器的工作過程，學習什么是器壁效應吧！

實驗材料

打火機、蠟燭、銅線、剪刀、筆或筷子等圓柱形物體

實驗步驟

1剪一截大約20厘米長的銅線，在筆或者筷子上纏繞。可以多纏繞幾圈，確保銅線圈的高度大于火焰的高度。注意，銅線圈盡量纏得密一些，且直徑不要太小，能將火焰完全包圍住為宜。

2在銅線圈尾部留出10厘米左右的銅線，便于手持。

3將蠟燭固定好，確保其不會倒。點燃蠟燭，待蠟燭燃燒狀態穩定后，手持銅線，將銅線圈豎直罩在火焰上。

4當銅線圈“圍住”火焰時，我們可以觀察到火焰熄滅了。將銅線圈拿起遠離火焰時，火焰又繼續燃燒。

5重復剛才的動作，可以看到火焰不斷熄滅又復燃。

實驗原理

從氫氣到氫的自由基

燃燒是可燃物與氧化劑作用發生的放熱反應，例如：H2+O2→H2O ，其中H2（氫氣）是可燃物，O2（氧氣）是氧化劑。當外來能源刺激可燃物分子時，可燃物分子會分裂產生自由基（分子內的共價鍵斷裂，原來成對的電子分開，分開的原子或原子團，就是自由基），自由基與氧氣分子發生反應，釋放出熱量。

銅線圈的加入引發了器壁效應。器壁效應指反應容器的形狀、器壁內表面的大小、內表面有無涂層等因素會對化學反應速率產生影響。

銅線圈使自由基與氧氣碰撞的幾率下降，燃燒反應中斷；將銅線圈拿起后，自由基又可以與氧氣發生碰撞，繼續燃燒。

人們利用器壁效應發明的阻火器，可以很好地阻止火焰蔓延，在石油、煤炭、化工等方面有廣泛應用。

那么，如果將銅絲換成鐵絲，火焰還會熄滅嗎？

特別提示：本實驗請在家長的陪同下操作，并注意用火安全！

（責任編輯 / 高琳 美術編輯 / 周游）