寒痛樂熨劑發(fā)熱原理及再利用研究

趙一伊

摘要：對寒痛樂熨劑為什么會發(fā)熱進(jìn)行了系列探究，發(fā)現(xiàn)寒痛樂熨劑使用時發(fā)熱是基于鐵的電化學(xué)腐蝕過程放熱原理。對使用后的寒痛樂熨劑藥粉包呈現(xiàn)棕褐色的原因進(jìn)行了討論，通過實驗闡明一包寒痛樂熨劑并非僅可使用一次，其還可作為暖貼再使用 2次以上，這一發(fā)現(xiàn)有利于充分利用資源。

關(guān)鍵詞：寒痛樂熨劑；發(fā)熱原理；資源利用

文章編號：1005–6629（2016）10–0054–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

寒痛樂熨劑是一種外敷藥，主要功效是活血化瘀，散寒止痛，用于風(fēng)寒濕痹引起的腰腿肩臂疼痛、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、胃脘痛等病癥。該藥劑外袋為塑料真空包裝，內(nèi)袋是一個無紡布袋，藥劑就盛放在無紡布袋里。搖晃一會無紡布袋，就會感覺有些熱度，然后把內(nèi)袋綁在腰部，能夠感覺到藥袋的溫度逐漸升高，而且那種熱乎乎的感覺能夠持續(xù)十個小時以上。

寒痛樂熨劑為什么會發(fā)熱？筆者就寧夏泉水藥業(yè)有限公司生產(chǎn)的寒痛樂熨劑（批準(zhǔn)文號：國藥準(zhǔn)字Z20025747）進(jìn)行了系列研究。

1 寒痛樂熨劑發(fā)熱原理

寒痛樂熨劑使用說明書上標(biāo)注其成分為“川烏（生）、草烏（生）、麻黃、當(dāng)歸、吳茱萸、蒼術(shù)、八角茴香、山奈、薄荷腦、樟腦、冰片、水楊酸甲酯”。這些中藥混合在一起就會發(fā)熱嗎？

筆者查到傷濕祛痛膏（國藥準(zhǔn)字Z11020284）的成分為生川烏、生草烏、麻黃、蒼術(shù)、當(dāng)歸、白芷、干姜、山柰、八角茴香、薄荷腦、冰片、樟腦、水楊酸甲酯。二者成分基本相同，但傷濕祛痛膏貼在身上并沒有特別明顯的發(fā)熱現(xiàn)象。因此，寒痛樂熨劑的成分中應(yīng)該還有其他物質(zhì)。

打開盛放藥粉的寒痛樂熨劑內(nèi)袋，看到里面的物質(zhì)呈細(xì)小顆粒狀及粉末狀。多數(shù)物質(zhì)為黑色，少部分物質(zhì)為紅褐色，而且可觀察到裸露在空氣中的黑色粉末有一些比較迅速地變成紅褐色物質(zhì)。拿一塊磁鐵靠近這些粉末，磁鐵上立即吸上了許多黑色粉末，這個實驗以及結(jié)合黑色粉末在空氣中變?yōu)榧t褐色的性質(zhì)，可以推測黑色粉末中含有金屬鐵。因為金屬鐵具有磁性，鐵粉也會在空氣中氧化而生成紅褐色的鐵銹。

為了進(jìn)一步驗證猜想，取一定量藥粉，加入3 mol/L的HCl溶液，可觀察到燒杯底部有灰黑色粉末，且從中有氣泡放出；在灰黑色粉末上部浮著很多棕黃色物質(zhì)，其中一些具有礦物的光澤。為了更加清晰地觀察，將棕黃色物質(zhì)傾倒出去，然后加入蒸餾水，再次把浮在灰黑色粉末上面的棕黃色物質(zhì)傾倒出去，如此反復(fù)數(shù)次，使燒杯中盡量只剩余灰黑色粉末。

向以上處理后的燒杯中加入3 mol/L的HCl溶液，從灰黑色粉末間有氣泡冒出，然后取燒杯中的上層液體，向其中加入10% NaOH溶液，有灰綠色絮狀沉淀生成，放置空氣中灰綠色沉淀逐漸變成紅褐色。

上述實驗說明寒痛樂熨劑藥粉中含有金屬鐵。因為：

Fe（OH）2在空氣中很容易變?yōu)榛揖G色，進(jìn)而被氧化成紅褐色。

那么，寒痛樂熨劑藥粉中為什么會有鐵呢？這是因為金屬鐵比較容易發(fā)生放熱的氧化反應(yīng)。具體來說，在潮濕的空氣中，鐵表面吸附了一層水膜，水膜因溶解少量CO2等而成為電解質(zhì)溶液，它與鐵和其他物質(zhì)構(gòu)成無數(shù)微小的原電池。在負(fù)極，鐵失去電子而被氧化為Fe2+：

鐵在空氣中與氧氣和水發(fā)生氧化反應(yīng)的速率比較緩慢，而鹽的存在會加速該反應(yīng)的發(fā)生，因此寒痛樂熨劑的藥粉中應(yīng)該加有鹽?？紤]到中草藥在冷水中的溶解性并不好，所以筆者取少量寒痛樂熨劑藥粉，加入冷的去離子水溶解寒痛樂熨劑藥粉，過濾并在濾液中滴加硝酸銀溶液，濾液中出現(xiàn)白色沉淀。該實驗說明濾液中含有Cl-，因此寒痛樂熨劑的藥粉中可能含有NaCl，用以加速鐵的電化學(xué)腐蝕過程。

另外，加入酸反應(yīng)后的藥粉，會看到大量有金屬光澤的黃褐色物質(zhì)。文獻(xiàn)顯示，蛭石是一種黃褐色有礦物光澤的物質(zhì)，具有吸濕和保溫作用，可作為保溫材料[2]。一些基于鐵電化學(xué)腐蝕放熱原理制成的暖貼的配方一般為鐵粉、活性炭、食鹽和蛭石[3]。所以，筆者推測寒痛樂藥粉包中可能含有蛭石作為保溫材料。

綜上所述，寒痛樂熨劑的藥粉除中藥成分外，還含有鐵粉、水，以及可能含有活性炭、食鹽、蛭石。在水和食鹽構(gòu)成的電解質(zhì)溶液中，鐵、空氣中的氧氣以及活性炭構(gòu)成原電池，發(fā)生比較迅速的氧化還原反應(yīng)，該過程為放熱反應(yīng)。反應(yīng)所放出的熱能即為寒痛樂熨劑的熱量來源。

2 寒痛樂熨劑使用后藥粉包的顏色

教材指出鐵銹的主要成分是Fe2O3·xH2O，并配有帶有紅褐色鐵銹的圖片，但并沒有說明鐵銹的顏色問題[4]。人們往往認(rèn)為Fe2O3是紅褐色的，而鐵銹的主要成分是氧化鐵的水合物，所以鐵銹也是紅褐色的。

當(dāng)拆開寒痛樂熨劑藥粉包時，也可觀察到裸露在空氣中的黑色粉末中有一些紅褐色物質(zhì)出現(xiàn)，所以我們可以預(yù)計使用后的寒痛樂熨劑藥粉包的顏色應(yīng)以紅褐色為主。

但當(dāng)筆者打開使用24小時后的寒痛樂熨劑藥粉包，發(fā)現(xiàn)里面的藥粉并非呈現(xiàn)紅褐色，而是棕褐色。這是為什么呢？

根據(jù)文獻(xiàn)，氧化鐵有多種類型，并且由于晶型不同和是否含有結(jié)晶水，又能呈現(xiàn)出多種不同的顏色。α-Fe2O3·H2O為黃色，稱為鐵黃，α-Fe2O3為紅褐色，稱為鐵紅，γ-Fe2O3為褐色，F(xiàn)e3O4為黑色。鐵銹由α-Fe2O3·H2O、堿式碳酸鐵[xFe（OH）3·yFe2（CO3）3，紅褐色]、α-Fe2O3、γ-Fe2O3、Fe3O4等多種成分組成。不同的外界環(huán)境中，氧氣量、水、溫度、侵入離子等基本因素的影響程度決定了鐵銹的組分差異[5～7]。

根據(jù)使用后寒痛樂熨劑藥粉的顏色可以推測藥粉包中的鐵在氧化過程生成了比較多的α-Fe2O3·H2O，除此以外還包含一定量的堿式碳酸鐵、Fe2O3等，這些物質(zhì)以及未反應(yīng)的鐵、活性炭等混合在一起，就呈現(xiàn)了棕褐色。

為了驗證上述分析，筆者將使用后的寒痛樂熨劑藥粉加熱，發(fā)現(xiàn)棕褐色的粉末逐漸變?yōu)榧t褐色，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?。這是因為在高溫情況下：

3 使用后的寒痛樂熨劑能否繼續(xù)使用

使用了24小時后的寒痛樂熨劑已經(jīng)感受不到熱度了，但筆者認(rèn)為藥粉包中還應(yīng)剩余一定量的鐵未被氧化。這是因為寒痛樂熨劑藥粉中的鐵粉是固相，因而與空氣的接觸并不十分充分，加之寒痛樂熨劑藥粉中的水含量有限，所以鐵并不能完全被氧化。

既然使用了24小時后的寒痛樂熨劑藥粉里仍存在未反應(yīng)的鐵，那么這些藥粉是否仍可利用呢？筆者向這些使用后的藥粉中加入少許水，這些藥粉果然又繼續(xù)發(fā)熱了。如果向這些使用后的藥粉中加入少許食鹽溶液，藥粉升溫更加迅速。

為了對比加入純水與加入鹽水對使用后的寒痛樂熨劑藥粉的影響，筆者將一包使用了24小時后的寒痛樂熨劑藥粉分成等量的兩份。向其中一份加入2毫升純水，向另一份加入2毫升10% NaCl溶液，用溫度傳感器測得兩份藥粉的溫度隨時間變化曲線（見圖1）。

由圖1可見，對于使用后的寒痛樂熨劑藥粉，加入10% NaCl溶液的藥粉包升溫更加迅速，而且其最高溫度較加純水的藥粉包最高溫度高出8℃。

筆者對于使用超過24小時的寒痛樂熨劑藥粉包，加入5毫升10% NaCl溶液，然后利用溫度傳感器測試其溫度隨時間變化曲線[見圖2（a）]。對于第2次使用超過24小時的寒痛樂熨劑藥粉包，加入5毫升10% NaCl溶液，然后利用溫度傳感器測試其溫度隨時間變化曲線[見圖2（b）]。接下來按照相同操作測試了第4次和第5次使用后的藥粉包溫度隨時間變化曲線[見圖2（c）、圖2（d）]。

由圖2（a）至圖2（d）可見，使用后的藥粉包在第2次和第3次使用時，藥粉包溫度在50℃以上的時間有9個多小時；在第4次使用時，藥粉包溫度在50℃以上的時間有6個多小時；但藥粉包在第5次使用時溫度已達(dá)不到50℃，且在40℃以上的時間也僅有2個多小時。

以上實驗說明，一包寒痛樂熨劑在第一次使用后仍有較多的鐵未反應(yīng)，而且這種情況能夠持續(xù)到第3次使用后。因此寒痛樂熨劑在第一次使用后還可以作為暖貼再使用2次以上。使用方法是將使用后的寒痛樂熨劑藥粉包用剪刀剪開一個小口，向里面加入少許食鹽溶液，再用一攪拌棒攪勻，然后用扎線把內(nèi)袋捆扎封口即可使用。如果想要避免剪開藥粉包，也可用帶針頭的注射器注入少量食鹽水，然后將藥粉包搖晃數(shù)次即可使用。

4 小結(jié)及展望

寒痛樂熨劑的藥粉除中藥成分外，還含有鐵粉、水、鹽等。寒痛樂熨劑使用時所產(chǎn)生的熱來自鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕所放出的熱量。寒痛樂熨劑在正常使用的條件下，其藥粉中的鐵并沒有被完全氧化，因此向藥粉中加入少許食鹽水，寒痛樂熨劑還可繼續(xù)發(fā)熱。由于人們一直以來都認(rèn)為寒痛樂熨劑是一次性的，使用后就丟棄了。而一包寒痛樂熨劑的凈重約52克，里面既有中藥成分，也含有大量精細(xì)的還原鐵粉等，像目前這樣使用十幾個小時就丟棄是很可惜的。本研究證明寒痛樂熨劑是可以再利用的。再利用方法是將寒痛樂熨劑內(nèi)袋剪開，向其中加入少量食鹽水，混合后封口使用。這種寒痛樂熨劑再利用方法很簡便，如能眾所周知則將有利于節(jié)約資源以及環(huán)境保護(hù)。

本研究過程還可轉(zhuǎn)化為學(xué)生探究金屬腐蝕以及能量轉(zhuǎn)化問題的教學(xué)資源。學(xué)生通過對寒痛樂熨劑成分的觀察與測量，可以學(xué)習(xí)溫度測量以及繪制溫度隨時間變化曲線，培養(yǎng)利用數(shù)學(xué)工具與方法分析問題的能力。通過寒痛樂熨劑發(fā)熱原因的探究，既能培養(yǎng)學(xué)生的實驗方案設(shè)計能力，又可藉此進(jìn)行金屬腐蝕原理以及能量轉(zhuǎn)化的教學(xué)，還可讓學(xué)生嘗試自制暖貼，同時結(jié)合生物課中所學(xué)的低溫燙傷知識，對自制暖貼進(jìn)行測試與評價，達(dá)到綜合運用多種學(xué)科知識的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社編著.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)反應(yīng)原理[M].北京：人民教育出版社，2007：84～85.

[2]胡光鎖.蛭石膨脹機理及膨脹蛭石性質(zhì)的研究[D].北京：北京工商大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006：1～10.

[3]祝杰，潘奇.自發(fā)熱產(chǎn)品溫度的控制[J].輕工科技，2016，206（1）：54～55.

[4]人民教育出版社編著.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)與生活[M].北京：人民教育出版社，2007：49.

[5]楊學(xué)宏等.透明氧化鐵顏料的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀[J].河北師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2004，28（5）：508～509.

[6]任海洋.不同環(huán)境下鋼筋銹蝕產(chǎn)物的力學(xué)性能研究[D].杭州：浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院碩士學(xué)位論文，2010：16～38.

[7]姬永生.氯離子誘發(fā)混凝土中鋼筋銹蝕的銹蝕層分析[J].中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，43（11）：4484～4490.