Основы пиротехники (стр. 6 )

По той же причине смеси, содержащие нитрат натрия, требуют надежной изоляции их от влаги воздуха.

Нитрат стронция можно использовать, если в нем нет примесей магниевых и кальциевых солей, повышающих его гигроскопичность.

Соли тяжелых металлов в качестве окислителей почти не применяются; причиной этого является относительно малое количество содержащегося в них кислорода и то обстоятельство, что в смесях этих солей с такими металлами, как магний, цинк и т. п., при наличии влажности может протекать обменная реакция, например:

Pb(N03)2+Mg=Pb+Mg(NO3)2.

Вообще говоря, для обеспечения достаточной химической стойкости составов при хранении следует употреблять в качестве окислителей только соли тех металлов, которые в ряду напряжений (cм. табл. 2.5) стоят выше металлов, применяемых в качестве горючих.

В магниевых составах из растворимых в воде солей в качестве окислителей практически используются только соли калия, бария, стронция и натрия (литиевые соли дороги, а кальциевые соли слишком гигроскопичны).

Таблица 2.5 Стандартные электродные потенциалы при 25° С (ряд напряжений)

Электрод	E0. в	Электрод	Eo. В
Li/Li1+	+3,01	Zn/Zn2+	+0,76
K/K1+	+2,92	Fe/Fe2+	+0,44
Ва/Ва2+	. +2,92	Sn/Sn2+	+0,14
Sr/Sr2+	+2,89	Pb/Pb2+	+0,13
Са/Са2+	+2,84	Pt(H2)/Hl+	+0,00
Na/Na1+	+2,71	Cu/Cu2+	—0,34
Mg/Mg2+	+2,38	Hg/Hg2+	—0,80
Al/Al3+	+1,66	Ag/Ag1+	—0,80
Mn/Mn2+	+1,05

§ 4. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

К окислителям предъявляются следующие требования:

1. Максимальное содержание основного вещества (обычно не менее 98—99%).

2. Минимальное содержание влаги (не более 0,1—0,2%).

3. Минимальное содержание примесей гигроскопичных солей и солей тяжелых металлов.

4. Реакция водных растворов солей должна быть нейтральной.

5. Отсутствие горючих примесей и примесей твердых веществ (лесок, стекло и др.), повышающих чувствительность состава к механическим воздействиям.

6. Отсутствие примесей, понижающих химическую стойкость или ухудшающих специальный эффект состава.

Кроме того, порошок окислителя должен иметь необходимую степень измельчения.

Ниже приводятся технические условия барий азотнокислый технический (ГОСТ 1713—53):

1. Чистый Ва(NO3)2. ....................................... менее 99%

2. Влага ............................................................. не более 0,5%

3. Нерастворимый в воде остаток.........…...... не более 0,25%

4. Хлориды в пересчете на ВаСl2 ........……....не более 0,1%

5. Реакция водного раствора (на лакмус)…... нейтральная

6. Внешний вид и цвет.................................... мелкие кристаллы от белого до слабожелтого

Хлориды многих металлов гигроскопичны, и поэтому их присутствие в качестве примесей в окислителях нежелательно. Их «гигроскопические точки» (в % при 20° С): КС1-86, NaCI-77, NH4C1-80.

ГЛАВА III

ГОРЮЧИЕ

§ 1.ВЫБОР И КЛАССИФИКАЦИЯ

При выборе горючего необходимо учитывать все требования, предъявляемые к составу.

Наилучший специальный эффект в зажигательных, осветительных и трассирующих составах достигается при высокой температуре их горения; в этом случае необходимо применять высококалорийные горючие. В твердом пиротехническом топливе также должны использоваться высококалорийные горючие.

Для дымовых составов высокая температуру горения в большинстве случаев нежелательна; часто для их изготовления или выбирают горючее со средней калорийностью или осуществляют неполное сгорание горючего (например, сгорание углерода в СО).

Большое значение при выборе горючего имеют также физико-химические свойства продуктов его окисления, в первую очередь их агрегатное состояние при комнатной температуре и при температуре горения состава. Для осветительных составов важно соблюдать некоторое оптимальное соотношение между количеством газообразных продуктов, которые сильно влияют на размеры пламени (следовательно, и на силу света), и концентрацией в пламени твердых и жидких частиц излучателей. Как избыток, так и недостаток газообразных продуктов вызывают снижение силы света.

В продуктах горения твердого пиротехнического топлива и газогенераторных составов должно содержаться максимальное количество газов и по возможности меньшее количество твердых веществ.

В дымовых составах количество газов, образующихся при горении, должно быть весьма значительным, потому что они выталкивают в атмосферу лары дымообразующих веществ.

* В данной главе рассматриваются свойства горючих веществ, не выполняющих в составах функции связующих.

Количество газов, образующихся при горении безгазовых составов, как следует из самого их названия, должно быть минимальным.

При выборе горючего для пламенных составов необходимо учитывать интенсивность светового излучения продуктов его окисления, а также и распределение энергии излучения по спектру.

Большую роль при выборе горючего играет легкость его окисления. Например, кремний или графит с большим трудом окисляются даже при применении самых энергичных окислителей (горение в чистом кислороде или в смеси с КСlO3 вследствие чего применение их в качестве горючих крайне ограничено.

Алюминий, взятый в виде мелкодисперсного порошка или пудры, горит достаточно энергично как за счет кислорода окислителя, так при некоторых условиях и за счет кислорода воздуха (здесь имеется в виду горение взвеси алюминиевой пудры в воздухе).

Магний, являясь одним из легкоокисляемых горючих, даже не будучи тонко измельчен может полностью сгорать за счет кислорода воздуха.

Некоторые горючие окисляются чересчур легко, вследствие чего смеси их с окислителями чрезмерно чувствительны к удару и трению или же обладают слишком низкой температурой воспламенения. Так, например, белый фосфор не только нельзя смешивать ни с каким окислителем, но и нельзя хранить на воздухе во избежание самовоспламенения. Применение смесей красного фосфора с окислителями также весьма ограничено: красный фосфор при смешении с хлоратами самовоспламеняется, а смесь его с другими окислителями (например, с нитратами) обладает большой чувствительностью к удару и трению.

Желательно, чтобы для сгорания весовой единицы горючего требовалось как можно меньше кислорода, так как большое содержание в составе окислителя невыгодно: оно ведет к уменьшению количества горючего, а следовательно, и к уменьшению количества выделяемого составом тепла.

Кроме того, при выборе горючего должна быть обеспечена достаточная химическая стойкость состава при хранении. Следует учесть, что некоторые комбинации горючих с окислителями являются недостаточно химически стойкими (подробнее см. гл. Х).

Таким образом, применяемые в составах горючие должны удовлетворять следующим требованиям:

1) иметь теплоту горения, обеспечивающую наилучший специальный эффект состава;

2) достаточно легко окисляться за счет кислорода окислителя или за счет кислорода воздуха;

3) давать при сгорании продукты, обеспечивающие получение наилучшего специального эффекта;

4) требовать для своего сгорания минимальное количество

кислорода;

5) быть химически и физически стойкими при температуре от —60 до +60° С, быть по возможности устойчивыми к действию слабых растворов кислот и щелочей;

6) быть негигроскопичными (мало гигроскопичными);

7) легко измельчаться;

8) не оказывать токсического действия на человеческий организм.

Применяемые горючие можно разделить на следующие категории.

Неорганические горючие

1. Высококалорийные металлы: магний, алюминий, их сплавы; значительно реже используются цирконий, его сплавы и титан.

2. Металлы средней калорийности: цинк, железо, марганец, вольфрам, сурьма.

3. Неметаллы: фосфор, углерод (в виде сажи или древесного угля), сера, реже бор.

4. Неорганические соединения:

а) гидриды — бороводороды B10H14и их производные;

б) сульфиды—фосфора (Р4Sз), сурьмы (Sb2Sз) и др.;

в) прочие неорганические соединения — карбиды, силициды, фосфиды металлов.

Органические горючие

1. Индивидуальные углеводороды: бензол, толуол, нафталин и др.

2. Смеси углеводородов алифатического и карбоциклического

ряда - бензин, керосин, нефть, мазут, парафин и др.

3. Углеводы: крахмал, сахара (молочный, свекловичный),

древесные опилки.

4. Органические вещества других классов: стеарин, уротропин, дициандиам, тиомочевина и др.

§ 2. ВЫСОКОКАЛОРИЙНЫЕ ГОРЮЧИЕ

Наибольшее количество тепла при сгорании (см. табл. 3.1) выделяют следующие 12 простых веществ (элементов):

металлы — литий, бериллий, магний, кальций, алюминии, титан и цирконий;

неметаллы — водород, бор, углерод, кремнии и фосфор.

К высококалорийным металлам следует отнести еще Nb, V, а также Sc и Y Эллерн приводит рецепты составов с ниобием и танталом. Дли ниобия Q2=1,74, Q3=66.

Таблица 3.1

Теплота образования оксидов по данным работы

Элемент	Оксид	Теплота образования, ккал
Символ	Атомный вес A	Формула	Молекулярный вес M	На моль оксида Q	Q1	Q2	Q3
Металлы
Li	б,	9	Li2O	30	143	10,	4 ...	4,	8	48
Be	9 ,	0	BeO	25	142	15,	8	5,	7	71
Mg	24 ,	3	MgO	40	144	5,	9	3,6	72
Аl	27,	0	Al2O3	102	400	7,	4	3,	9	80
Ca	40 ,	1	CaO	56	152	3,	8	2,	7	76
Ti	47 ,	9	TiO2	80	224	4,	7	2,	8	75
Zr	91 ,	2	ZrO2	123	260	2,	9	2,	1	87
Неметаллы
Н	1,0	Н2О	18	68,4	34,2	3,8	23
				(жидк.)
C	12,0	CO2	44	94	7,8	2,1	31
B	10,8	B2O3	70	302	14,0	4,3	60
Si	28,1	SiO2	60	208	7,4	3,5	69
Р	31,0	P205	142	367	5,9	2,6	52
Примечание. Q=—H298. Для перехода к системе единиц СИ укажем со -
отношение: 1 килокалория (ккал) ^4,186 килоджоулей (кДж).

Характеристикой калорийности элементов служат величины Q1, Q2 и Q3.