为什么打火石撞击钢铁会引起火灾？

用打火石生火的科学原理是什么？

任何称职的户外求生者都可能在背包里携带一些生火的东西。如果他们是纯粹主义者，他们选择的工具可能是打火石和钢。这对工具是在偏远地区生火的可靠方法，只需一点技巧。

但为什么它有效呢？为什么用燧石撞击一块钢铁会起火，而将两块随机的石头摩擦在一起却不会起火？

所有点火方法都有相似的目标：产生足够的热量来点燃燃料源。

该研究所的火灾科学家彼得·桑德兰说，当燧石和钢刮在一起时，会很快产生这种热量，因为钢中的铁在被燧石刮掉时会与周围的空气发生反应。马里兰大学。

桑德兰表示，这就是经典袖珍打火机的工作原理。轮子的每一次轻弹都会与钢摩擦，点燃内部的丁烷燃料并产生火焰。

但要准确理解为什么这种组合如此有效，需要深入研究氧化化学。氧化是指化学元素或化合物与氧结合，改变其性质。当这个过程发生在铁上时，就被称为生锈。使用打火石生火可以利用氧化的副作用：热量。

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早期人类用燧石制造工具，因为岩石可以被塑造成箭头和锋利的刀片。燧石比钢硬得多，因此将两者撞击在一起可以从钢上削掉微小的铁屑。

铁暴露在空气中时很容易氧化，但氧化过程通常发生得很慢。例如，一辆被忽视的汽车或一件废弃的农用设备需要很多年才能生锈。

然而，钢中的这些微小铁颗粒会在几分之一秒内氧化，尽管它们肉眼看起来不会生锈。这会产生非常热的火花。这个过程发生得如此之快，因为铁片的表面积比大块铁大得多。

“重要的是表面积与体积之比，”桑德兰告诉《生活科学》。用小熨斗剃须时，“体积基本为零，但表面积很大。”

因此，当削掉一小块铁时，许多铁原子会突然暴露在空气中并立即全部氧化。化学反应迅速产生大量的热能。如果足够多的炽热铁屑落入一堆干树叶或树枝中，它们就可以点燃引火物并生火。

让火花变成火焰可能具有挑战性，因此拥有更容易点燃火花的东西来加速这一过程会很有帮助。桑德兰说，钢屑效果很好——当火花落在它们身上时，它们就会燃烧。历史上，人们使用“炭布”——一种烧焦的织物，很容易点燃，然后慢慢阴燃，让周围的引火物有时间点燃。

在钢铁广泛生产之前，人类可能通过将燧石刮擦其他富含铁的岩石（例如黄铁矿，俗称愚人金）来产生火花。

其他点火技术也使用类似的原理。镁点火器是一种流行的现成选择，它利用了镁燃烧非常热的事实。因此，将镁屑刮入一堆引火物中，然后通过在其上方刮擦含铁棒来产生火花，可以迅速点燃噼啪作响的火焰。

火柴使用一组完全不同的化学反应，但它们有相似的目标：快速产生大量热量来点燃燃料源。

美国林务局米苏拉火灾科学实验室的机械研究工程师Sara McAllister说，有时，这个过程是偶然发生的。例如，当有人在人行道上拖曳一辆拖车时，拖车后面拖着链条，产生火花，就会引发荒地火灾。或者电线碰撞会产生火花，导致干草着火。

麦卡利斯特告诉《生活科学》杂志：“它们都属于同一个领域：微小的热粒子落在干燥的引火物中。”