Que diêm bùng cháy trong chưa tới một giây nhờ một phản ứng được chia đôi: chất dễ bắt lửa (phốt pho đỏ) nằm ở mặt nhám của hộp, còn chất giàu oxy (kali clorat) nằm ở đầu que. Khi quẹt, ma sát sinh nhiệt làm một lượng phốt pho cực nhỏ bốc cháy, đốt luôn hỗn hợp ở đầu que, rồi lửa chuyền sang thân gỗ đã tẩm sáp. Tách hai thứ ra hai nơi chính là điều khiến loại này được gọi là "diêm an toàn".
Bên trong một que diêm an toàn
Một que diêm tưởng đơn giản nhưng là sản phẩm của gần hai thế kỷ cải tiến. Thành phần cụ thể khác nhau giữa các nhà sản xuất, nhưng khung chung như sau:
| Bộ phận | Thành phần chính | Vai trò |
|---|---|---|
| Đầu que | Kali clorat, lưu huỳnh hoặc hợp chất chứa lưu huỳnh, bột thuỷ tinh, keo, chất tạo màu | Kali clorat cấp oxy; lưu huỳnh là nhiên liệu dễ cháy; bột thuỷ tinh tăng ma sát; keo giữ mọi thứ lại |
| Mặt quẹt trên hộp | Phốt pho đỏ, bột thuỷ tinh, chất kết dính | Cung cấp chút phốt pho để mồi lửa |
| Thân que | Gỗ mềm (hoặc giấy cuộn), tẩm sáp parafin và muối amoni photphat | Sáp giúp lửa bén từ đầu sang thân; muối photphat giúp que tắt hẳn, không âm ỉ thành than đỏ |
Không thành phần nào tự cháy khi đứng một mình ở nhiệt độ phòng. Đó là điểm mấu chốt.
Chuyện gì xảy ra trong nửa giây quẹt diêm
- Ma sát: đầu que miết trên mặt nhám, bột thuỷ tinh ở cả hai bên cọ vào nhau, sinh nhiệt tập trung ở một điểm rất nhỏ.
- Mồi lửa: nhiệt và áp lực làm một lượng phốt pho đỏ cực nhỏ bị bứt ra, chuyển thành dạng dễ cháy hơn và bắt lửa khi gặp kali clorat từ đầu que. Bạn nghe tiếng "xẹt" và thấy tia lửa nhỏ.
- Bùng cháy: tia lửa đó đốt nóng hỗn hợp ở đầu que. Kali clorat phân huỷ, giải phóng oxy, nuôi lưu huỳnh cháy mạnh. Đầu que loé sáng, có khi kèm tiếng xèo và khói trắng mùi hắc đặc trưng của lưu huỳnh đioxit.
- Chuyền lửa: lửa từ đầu que làm sáp parafin trên thân gỗ chảy và bốc hơi, hơi sáp cháy và kéo theo gỗ. Từ đây ngọn lửa ổn định, màu vàng, cháy chậm dần dọc thân que.
Ba bước đầu thường gọn trong chưa tới một giây. Đó là lý do quẹt diêm luôn có một nhịp "xẹt – phụt" rất ngắn trước khi thành ngọn lửa đều.
Vì sao diêm ẩm không cháy? Keo ở đầu que hút nước, kali clorat bị hoà tan một phần, bột thuỷ tinh không còn cọ khô. Ma sát không còn tạo được điểm nóng đủ để mồi.
Lịch sử que diêm: từ chất độc tới diêm an toàn
| Thời điểm | Bước tiến | Vấn đề còn lại |
|---|---|---|
| 1826–1827 | Dược sĩ người Anh John Walker làm ra que diêm ma sát: đầu que có kali clorat và antimon sunfua, quẹt qua giấy nhám | Khó bắt lửa, hay bắn tia lửa, mùi nặng |
| Đầu thập niên 1830 | Diêm dùng phốt pho trắng xuất hiện ở Pháp và lan rộng: quẹt vào đâu cũng cháy | Phốt pho trắng rất độc; dễ tự cháy trong túi, trong kho |
| Giữa thập niên 1840 | Ý tưởng tách phốt pho ra khỏi đầu que, đặt lên mặt hộp, thường được ghi cho nhà hoá học Thuỵ Điển Gustaf Erik Pasch | Chưa sản xuất lớn |
| Thập niên 1850 | Anh em nhà Lundström ở Jönköping (Thuỵ Điển) sản xuất diêm an toàn với phốt pho đỏ trên mặt hộp | Phải có hộp mới quẹt được |
| 1898 | Hai nhà hoá học Pháp Henri Sévène và Emile David Cahen dùng phốt pho sesquisunfua cho diêm quẹt đâu cũng cháy mà không cần phốt pho trắng | Vẫn kém an toàn hơn diêm hộp |
| 1906 | Công ước Bern cấm dùng phốt pho trắng trong sản xuất diêm, các nước lần lượt tham gia | — |
Cái giá của diêm phốt pho trắng
Diêm phốt pho trắng tiện lợi tới mức nó thống trị thị trường nhiều thập kỷ. Cái giá do công nhân trả. Những người, phần lớn là phụ nữ và trẻ em, làm việc nhiều giờ trong xưởng nhúng đầu que hít phải hơi phốt pho trắng ngày này qua ngày khác. Nhiều người mắc một chứng bệnh khủng khiếp được gọi là "hàm phốt pho": xương hàm hoại tử, đau đớn, biến dạng, có thể dẫn tới tử vong. Phốt pho trắng cũng là thứ chất độc dễ kiếm, gây ra không ít vụ ngộ độc.
Năm 1888, các nữ công nhân của một xưởng diêm lớn ở London đình công, phản đối điều kiện làm việc và tiền phạt vô lý. Cuộc đình công thu hút sự chú ý của công chúng và trở thành một cột mốc của phong trào lao động Anh. Áp lực xã hội cộng với việc đã có diêm an toàn thay thế dẫn tới Công ước Bern năm 1906 cấm phốt pho trắng trong sản xuất diêm.
Câu chuyện que diêm là ví dụ hiếm hoi trong đó cải tiến kỹ thuật vừa làm sản phẩm an toàn hơn cho người dùng, vừa cứu sức khoẻ của người làm ra nó.
Phốt pho đỏ và phốt pho trắng khác nhau ra sao
Cả hai đều là phốt pho nguyên chất, chỉ khác cách các nguyên tử liên kết với nhau. Phốt pho trắng gồm những cụm bốn nguyên tử rời rạc, liên kết căng, rất dễ phản ứng: để trong không khí ấm có thể tự bốc cháy. Phốt pho đỏ là những chuỗi dài liên kết với nhau, bền hơn nhiều, không tự cháy ở nhiệt độ thường và độc tính thấp hơn hẳn. Phát hiện ra cách tạo phốt pho đỏ ổn định vào giữa thế kỷ 19 chính là mảnh ghép cho phép làm ra diêm an toàn.
Những kiến thức này chỉ để hiểu. Các chất như kali clorat, phốt pho là hoá chất nguy hiểm, có thể cháy nổ khi trộn sai hoặc cọ xát. Mọi thí nghiệm với chúng chỉ được làm trong phòng thí nghiệm, có giáo viên hoặc người có chuyên môn hướng dẫn, có đồ bảo hộ. Không cạo đầu diêm gom lại, không tự pha "thuốc diêm", không nhồi vào vật kín.
Quan sát an toàn: nhìn kỹ một que diêm đang cháy
Thay vì làm thí nghiệm hoá học, bạn có thể quan sát. Khi người lớn quẹt diêm thắp nến hay bếp, hãy chú ý:
- Màu lửa ở đầu que lúc bùng cháy (thường sáng trắng, chói) khác hẳn ngọn lửa vàng dịu của thân gỗ sau đó: hai giai đoạn, hai loại nhiên liệu.
- Cầm que hơi chúc đầu xuống thì lửa lan lên thân nhanh hơn; dựng đứng đầu lên trời thì lửa cháy chậm, có khi tắt. Lửa và khí nóng bốc lên, nên phần thân nằm phía trên ngọn lửa được sấy nóng trước.
- Sau khi thổi tắt, que diêm an toàn thường không còn than đỏ âm ỉ. Đó là nhờ lớp muối photphat tẩm vào gỗ.
Góc nhìn hôm nay
Bật lửa và bếp điện đã thay que diêm trong nhiều việc, nhưng diêm vẫn có chỗ đứng: không cần ga, không cần pin, để được lâu năm nếu giữ khô, ít trục trặc khi trời lạnh. Bộ đồ dự phòng khi mất điện, cắm trại, đi rừng thường vẫn có một hộp diêm bọc túi chống nước. Ở nhà có trẻ nhỏ, cất diêm và bật lửa ở chỗ cao, có khoá, và dạy trẻ rằng đó là dụng cụ của người lớn. Muốn tìm hiểu thêm về lịch sử diêm, Bảo tàng Diêm ở Jönköping (Thuỵ Điển), đặt trong chính khu nhà máy diêm cũ, là nơi lưu giữ nhiều hiện vật của ngành này.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao que diêm cháy được khi quẹt?
Ma sát giữa đầu que và mặt hộp sinh nhiệt, làm một lượng phốt pho đỏ cực nhỏ trên mặt hộp bắt lửa. Tia lửa đó đốt hỗn hợp kali clorat và lưu huỳnh ở đầu que, rồi lửa chuyền sang thân gỗ tẩm sáp.
Diêm an toàn là gì?
Là loại diêm chỉ quẹt cháy được trên mặt nhám của hộp, vì phốt pho đỏ nằm ở hộp chứ không ở đầu que. Tách hai thành phần ra như vậy giúp diêm khó tự cháy khi cọ xát vô tình và không dùng phốt pho trắng độc hại.
Ai phát minh ra que diêm?
Que diêm ma sát đầu tiên được ghi cho dược sĩ người Anh John Walker khoảng năm 1826–1827. Diêm an toàn với phốt pho đỏ trên hộp được phát triển ở Thuỵ Điển giữa thế kỷ 19 và sản xuất lớn bởi anh em Lundström.
Vì sao diêm bị ẩm thì không cháy?
Keo ở đầu que hút nước, chất cấp oxy bị hoà tan một phần và bột thuỷ tinh không còn cọ xát khô. Ma sát không tạo đủ điểm nóng để mồi lửa.
Mùi khét khi quẹt diêm là mùi gì?
Chủ yếu là lưu huỳnh đioxit sinh ra khi lưu huỳnh ở đầu que cháy, cộng với khói của keo và gỗ. Mùi này hắc nhưng với lượng rất nhỏ khi quẹt một que diêm.
