北京
当铁成为“燃料”
近几年来，带加热包的方便米饭受到了很多人的热捧。不用电，也不烧气，就能够释放出大量的热，很是方便。但热量究竟是从哪里变出来的呢？
其实，这些加热包发热所需能量的来源，都主要来自一个化学反应，那就是铁的氧化反应。确切地说，就是铁被氧化，生成三氧化二铁（Fe+O2→Fe2O3，放热）。这与我们烧炭取暖的化学反应类似（C+O2→CO2，放热），只是这里的“燃料”是铁。
铁也可以当作“燃料”？那我们怎么从来没有见过做饭时把铁锅烧着了？我们都见过一个铁的氧化反应的产物——铁锈，其最主要成分便是三氧化二铁。而且我们知道，铁生锈是一个在常温下就能够进行的反应。
有人还是会问，我们见过铁锈，可是没有发现它发热啊。我们当然发现不了铁生锈时的放热，因为铁生锈这个化学反应的速度实在太慢了。铁的锈蚀反应的步骤比较复杂，但是归根结底仍然是Fe+O2→Fe2O3，仍然会放出热量。由于反应太慢，放出来的热量很快被环境吸收，所以我们完全感觉不到。现在，我们在“暖宝宝”或方便米饭的发热包中把这个氧化反应极大地加快了速度，于是我们便能感觉到热。
那么，我们是怎样把铁的氧化这个平时很慢的反应的速度加快的呢？铁是固体，氧气是气体。无论化学反应的中间过程怎样，反应肯定在铁的表面进行。因此，这些化学反应的速度，除了其本身的化学性质即化学反应的难易程度之外，一定与铁的表面性质有关。铁在常温下是能够生锈的，也就是说，这个反应并不是很难发生的。
表面性质的一个最重要的因素是表面的面积。参与化学反应的分子是一定要相遇才可能发生反应的。因而，同样的条件下，反应物之间的接触面积越大，参与反应的分子就越多，显示出来的宏观反应速度就越快，一定时间内放热反应所产生的热量也就越多。
我们平时见到的铁器如铁锅、铁钉都是个体体积相对较大的物体，而加热包内参加化学反应的铁都是细小的铁粉。总体积相同的两个物体，一个是整个的，另一个则被粉碎成很多小的组分，那么，后者的表面积显然要远远大于整个的物体，所以，铁粉发生氧化反应的宏观速度就会远远比铁锅、铁钉等物体的氧化要快得多。
其次是表面的粗糙和疏松程度。有的物体表面是比较光滑和致密的，如铁锅，通常是冲压或锻造出来的，所以铁制品表面都是光滑和致密的，而且，一般都是在较高温度时制造，然后冷却而成。在高温冷却的过程中，实际上铁的表面已经生成了或薄或厚的氧化层。由于表面光滑、致密，而且还有氧化层，所以普通的铁器可以进行氧化反应的铁原子并不多，常温下氧化缓慢就是必然的。
加热包里的铁粉则不是如此，它们的制取并不是简单地把铁用锉锉成了铁末子，而是用还原法直接把氧化铁的粉末，如铁矿精粉、轧钢铁鳞（高温下铁氧化的产物）等用炭或水煤气（氢气和一氧化碳）之类的还原剂还原而成的海绵状铁粉。放大了看，其表面是粗糙而带有海绵状空洞的。这样，它与氧气、水蒸气或水接触的面积将是很大的。在最后包装之前，它一直在缺乏氧气的还原环境下，所以，表面也大多没有被氧化。
当这样的所谓“还原铁粉”遇到了氧气和水蒸气之后，其氧化的速度就比一般的铁器快了不知多少倍。
由于方便米饭的加热包需要在水里更迅速地发热，所以，在它的加热包里另外掺加了铝粉、石灰等少量其他成分。铝粉比铁粉更加活泼，更容易氧化发热。加石灰则使水溶液成为强碱性，在这种情况下，铁粉的氧化速度更加迅速，可以在十几秒的时间内把水温提高到沸腾的程度。
（文内配图均已获得图虫创意授权)
本文节选自《百科知识》杂志
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