Краткий курс пиротехники - страница 4
Для пиротехники наиболее интересны реакции соединения и реакции обмена, особенно экзотермических реакции, в которых участвуют твердые вещества. Если реакция происходит в смеси веществ без участия воздуха, она называется реакцией внутреннего горения. Действие пиротехнических составов в большинстве случаев основывается именно на внутренней реакции обмена кислородом между окислителем и горючим, находящимися в порошкообразной смеси. Применяя окислители в качестве основных компонентов реакции горения, необходимо учитывать следующие их характеристики, влияющие на горение: а) температуру разложения окислителя; б) теплоту образования; в) стойкость по отношению к воздействию атмосферы.
Применяя горючие вещества в качестве основных компонентов, следует учитывать: а) температуру их воспламенения; б) тепловой эффект соединения с кислородом; в) стойкость.
Реакция горения характеризуется: а) скоростью горения; б) тепловым эффектом реакции; в) агрегатным состояние и свойствами продуктов реакции; г) величиной начального импульса, требуемого для возникновения реакции горения.
§ 3. СОСТАВЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СМЕСЕЙ
Основа каждого пиротехнического состава – смесь из окислителя и горючего – обладает способностью сгорать за счет кислорода, выделяемого при разложении окислителя. Активность такой смеси объясняется химическим взаимодействием между окислителем и горючим. Поэтому для определения количественных соотношений между компонентами смеси нужно знать ход химической реакции между ними.
Для составления уравнения реакции горения нужно: 1) написать реакцию разложения окислителя; 2) написать реакцию горения взятого горючего в чистом кислороде; 3) уравнять коэффициенты у атомов кислорода; 4) сложить написанные уравнения.
Пример 1. Нужно составить двойную основную смесь из азотнокислого бария и крахмала
Ba(NO>3)>2 + C>6H>10O>5.
Во-первых, напишем реакцию разложения окислителя, т.е. азотнокислого бария:
Ba(NO>3)>2 BaO + N>2 + 5 O>2. (1)
Реакция окисления крахмала в чистом кислороде до сгорания крахмала в СО (неполное сгорание) будет иметь вид:
C>6H>10O>5 +6 O 6 CO>2 +3 H>2O (2)
Для уравнения коэффициентов у кислорода нужно увеличить в 6 раз коэффициенты уравнения (1) и в 5 раз коэффициенты уравнения (2). Получим:
6 Ba(NO>3)>2 6 BaO + 6 N>2 + 30 O; (1)
5 C>6H>10O>5 + 80 O 30 CO + 25 H>2O. (2)
сложив оба уравнения по частям и сократив кислород, получим общее уравнение реакции:
6 Ba(NO>3)>2 + 5 C>6H>10O>5 6 BaO + 6 N>2 + 30 CO + 25 H>2O.
Исходя из этого уравнения, можно подсчитать рецепт смеси. Беря эти вещества в количествах, соответствующих граммолекулам, получим:
6 * 261 = 1566 г.
где 261 – молекулярный вес Ba(NO>3)>2 ;
для C>6H>10O>5
5 * 162 = 810 г.
где 162 – молекулярный вес крахмала.
Всего смеси 2376 г.
Или, переводя в проценты:
Для Ba(NO>3)>2
для C>6H>10O>5
(точность подсчета до целых чисел).
Как видно из этого примера, при разложении окислителя – азотнокислого бария Ba(NO>3)>2 – выделяется кислород; 1 молекула его содержит 6 атомов кислорода, а в свободном виде выделяется лишь 5 атомов; 1 атом кислорода остается в соединении с барием в виде окиси бария BaO и окисляющего действия не обнаруживает.
Так же, как нитрат бария, действуют и другие соли азотной кислоты, давая при своем разложении свободный кислород и окислы металлов. Кроме нитратов другие окислители также не всегда выделяют весь свой запас кислорода в свободное состояние. Но существуют окислители, выделяющие весь свой кислород в виде свободного, например, бертолетова соль, или хлорат калия KCIO>3 , который разлагается по схеме:
KCIO>3 KCI + 3 О.
Кислород, выделяющийся в свободном состоянии при разложении вещества, называется активным, а все количество кислорода, содержащееся в веществе, называется общим с о д е р ж а н и е м к и с л о р о д а.
Пример 2. Составить двойную смесь из хлората калия (окислитель) и сахара (горючее):