Страница 87 из 214
3. LiClO4 = LiCl + 2O2 + 5,9 ккал.
4. NaClO4 = NaCl + 2O2 + 10,8 ккал.
5. 2КСlO3 = 2КСl + 3O2 + 15,7 ккал.
6. AgClO4 = АgСl + 2O2 + 22 ккал.
7. 2NaClO3 = 2NaCl + 3O2 + 25 ккал.
8. ВаСlO3 = ВаСl2 + 3O2 + 28 ккал.
Из опытных данных известны взрывчатые свойства веществ за № 5, 6, 7 и 8, а также нитрата аммония. При термическом разложении веществ, имеющих тепловой эффект реакции более 10 ккал, а также при достаточно мощных механических воздействиях на них, можно ожидать взрыва. Однако даже до сих пор, при работе с указанными веществами частенько случаются взрывы, которых можно было бы избежать. Например, чудовищный взрыв расплава хлората калия произошел в Ливерпуле в 1899 году. Известны случаи взрывов перхлората серебра, хотя при работе с соединениями тяжелых металлов, таких как серебро, ртуть, медь, свинец требуется крайняя осторожность. Грандиозные взрывы нитрата аммония прогремели в Оппау в 1921 году и в Техас-сити в 1947 году. Оба взрыва произошли при попытках взрывным способом раздробить слежавшиеся запасы нитрата аммония, используемого в качестве сельскохозяйственного удобрения.
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПИРОТЕХНИЧЕСКИМ СОСТАВАМ И УСТРОЙСТВАМ
Основным требованием, предъявляемым к пиротехническим средствам является, получение от них максимального специального эффекта при наименьшей массе и объеме, а также способность к длительному хранению без потери их свойств. Кроме того, они должны:
1. иметь возможно меньшую чувствительность к несанкционированным механическим и тепловым воздействиям,
2. иметь минимальные взрывчатые свойства, кроме тех случаев, когда это необходимо для достижения максимального специального эффекта,
3. будучи спрессованными, иметь большую механическую прочность,
4. быть дешевым в производстве.
Для изготовления пиротехнических составов необходимо тщательно продумать выбор основных компонентов окислителя — горючего и точно рассчитать соотношение между ними. Таковой расчет значительно усложняется тем, что в большинстве пиротехнических составов кроме основных компонентов присутствуют дополнительные, выполняющие то или иное специальное назначение. В случае составления неклассических составов в большинстве случаев приходиться действовать не столько расчетным, сколько опытным путем.
НАЗНАЧЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ СОСТАВА
Вещества, входящие в пиротехнический состав (смесь) можно разбить на следующие категории.
1. Окислители.
2. Горючие.
3. Цементаторы (склеиватели), обеспечивающие механическую прочность прессованных изделий.
4. Вещества, сообщающие окраску пламени.
5. Дымообразователи (в том числе и цветных дымов).
6. Специальные вещества. В эту категорию входят флегматизаторы, уменьшающие чувствительность смеси к различным воздействиям; стабилизаторы, увеличивающие химическую стойкость смеси; вещества, увеличивающие или замедляющие процесс горения и прочее.
ОКИСЛИТЕЛИ
Смесь горючего с окислителем или их соединение составляет основу всякого пиротехнического состава. Казалось бы, что для получения тепла, необходимого для создания специального эффекта, проще всего сжечь горючее, используя кислород воздуха. Однако горение в воздухе обычно происходит медленнее, чем сгорание горючего в кислороде, содержащемся в окислителе, что не позволяет при горении в воздухе получить значительных плотностей тепловыделения. В связи с этим, сжигание горючих в кислороде воздуха в пиротехнике применяется сравнительно редко, в основном в зажигательных и фотосредствах.
Окислители должны удовлетворять следующим требованиям:
1. Содержать в себе максимальное количество кислорода и достаточно легко отдавать его при горении, при этом не будучи слишком чувствительными к термическим и механическим воздействиям.
2. Быть твердым при температуре не ниже 60 °C и химически устойчивым в интервале от -60 °C до +60 °C.
3. Не разлагаться под действием воды и быть негигроскопичными.
В качестве окислителей в классической пиротехнике употребляются следующие вещества.
Соли:
Ва(NО3)2 — нитрат бария.
Sr(NO3)2 — нитрат стронция.
KNO3 — нитрат калия.
NaNO3 — нитрат натрия.
КСlO3 — хлорат калия.
Ва(СlO3)2∙Н2O — хлорат бария.
KClO4 — перхлорат калия.
NH4ClO4 — перхлорат аммония.
КМnО4 — перманганат калия (ограниченно).
Перекиси:
ВаO2 — перекись бария.
Na2O2 — перекись натрия.
К2О2 — перекись калия.
Окислы:
Fe2O3, Fe3O4 — окислы железа.
MnO2 — диоксид марганца.
РЬ3O4 — закись-окись свинца.
РЬO2 — диоксид свинца (ограниченно).
Полинитросоединения: тринитротолуол, гексоген, октоген и другие.
Иные окислители используются в классической пиротехнике достаточно редко и не приводятся в данной книге[8].
Следует отметить, что не во всех реакциях с горючими веществами указанные окислители разлагаются по приведенным уравнениям реакций. В случае применения неметаллических горючих (уголь, сера, фосфор и так далее) распад нитратов может заканчиваться образованием окислов металлов, это относится и к перманганатам, но в тех случаях, когда температура горения невысока, в продуктах горения могут содержаться значительные количества нитритов (например, при горении нитрата натрия с молочным сахаром), то же верно и для перманганатов, где в продуктах низкотемпературного горения могут содержаться манганаты. В случае применения в качестве горючих энергичных восстановителей магния либо алюминия, может происходить более глубокий распад окислителей:
Ba(NO3)2 + 6Mg = Ва + N2 + 6MgO + 646 ккал.
Восстановленный барий дополнительно реагирует с кислородом воздуха, несколько увеличивая тепло реакции. Установлено, что вода выполняет роль окислителя в составах содержащих магний, алюминий и, по-видимому, цирконий:
Н2O + Mg = MgO + Н2 + 78 ккал.
Смесь дисперсных порошков указанных металлов с водой, будучи подорвана в прочной оболочке даже капсюлем детонатором № 8, без дополнительного детонатора развивает взрывную реакцию с выделением значительного количества газов. Однако, такая система, обладая способностью к возникновению взрыва, не обладает способностью к его устойчивому распространению — реакция быстро затухает.
Полинитросоединения могут выполнять роль окислителей в пиротехнических составах, когда в качестве дополнительного горючего используется активные металлы Mg, Аl, Be, Zr в дисперсном состоянии. Реакция горения (взрыва) тринитротолуола с алюминием выражается уравнением:
C7H5N3O6 + 4Аl = 2Аl2O3 + 1,5N2 + 2,5Н2 + 7С