Основы пиротехники (стр. 9 )

В составах, не выделяющих большого количества тепла, в качестве горючих могут быть использованы: марганец, вольфрам, молибден, хром, сурьма, а в дымовых составах - цинк, железо и другие простые вещества, а также некоторые неорганические соединения.

Теплота образования оксидов сравнительно малокалорийных элементов (считая по характеристикам Q1 и Q2) приведена в табл. 3.5.

В качестве горючих в пиротехнике могут использоваться не только простые вещества (элементы) или сплавы металлов, но и неорганические соединения.

Очевидно, теплота горения соединения будет тем больше, чем меньше теплота его образования из элементов. Таким образом, в качестве горючих в пиротехнике могут быть использованы только соединения, имеющие небольшую теплоту образования.

При рассмотрении таких соединений (оценивая их с точки зрения пиротехника) следует обратить внимание на бориды, кар -

* Часто встречающийся в зарубежной литературе термин «атомизированный» порошок означает тонкодисперсный порошок металла, получающийся при пульверизации жидкого металла в токе воздуха или инертного газа.

Таблица 3.5

Теплота образования оксидов

		Оксид	Теплота образования, ккал
Символ	Атомный вес. A	Формула	Молекулярный вес, М	Q	Q1	Q2
Na	23,0	Na2O	62	99	2,2	1,6
К	39,1	К2О	94	85	1,1	0,9
Сг	52,0	Сг2О3	152	273	2,6	1,8
Мп	54,9	МпО	71	93	1,7	1,3
Fe	55,8	Fе2О3	160	195	1,7	1,2
Со	58,9	СоО	75	57	1,0	0,8
Ni	58,7	NiO	75	58	1,0	0,8
Zn	65,4	ZnO	81	83	1,3	1,0
Мо	95,5	МоО3	144	180	1,9	1,3
W	183,8	WO3	232	201	1,1	0,9
Sb	121,8	Sb2O5	324	230	0,9	0,7
S	32,1	SO2	64	71	2,2	1,1
с	12,0	CO	28	26	2,2	0,9

биды, силициды, фосфиды и сульфиды, а также гидриды некоторых элементов.

Многие из этих соединений еще не опробованы, другие не подходят по свойствам, являясь либо слишком легко (многие фосфиды), либо слишком трудно (силициды некоторых металлов) окисляемымл.

Борогидриды и их органические производные - карбоборогидриды - представляют интерес вследствие их повышенной калорийности по сравнению с углеводородами.

Пентаборан-9 (B5H9) представляет интерес как долгохранимое жидкое горючее, а декаборан (В10Н14) как добавка к твердым ракетным топливам.

Декаборан имеет температуру плавления 98,8° С, температуру кипения 219° С, теплоту образования (твердый) 6,9 ккал/моль (28,8 кДж/моль); он термостабилен при 150° С, не реагирует с воздухом при 25° С, медленно гидролизуется водой. Плотность ВщНк при 20° С 0,94 г/см3, температура самовоспламенения 147°. Все бораны имеют отвратительный запах и вcе они токсичны.

Водород в боранах может быть (частично или полностью) заменен алькильными группами. У некоторых из этих производных - карбораяов - теплотворная способность по сравнению с B10H14 почти не меняется, что существенно для использования их в качестве топлива.

Из сульфидов на практике часто используется сульфид сурьмы (антимоний) - Sb2S3. Его молекулярный вес 340, плотность 4,5 г/см3, температура плавления 548°, цвет - черный, при сгорании его в Sb2O3 и S02 выделяется 1,1 ккал/г (4,6 кДж/г); одним граммом кислорода можно окислить 2,36 г Sb2S3.

§ 6. ОРГАНИЧЕСКИЕ ГОРЮЧИЕ

Жидкие углеводороды — бензин, керосин, мазут, нефть и другие нефтепродукты, применяются в зажигательных смесях, сгорающих за счет кислорода воздуха. В табл. 3.6 дается характеристика некоторых их свойств.

Таблица 3.6 Свойства нефтепродуктов

		Температура, в С
Нефтепродукт	Плотность, г/см3
		кипения	вспышки
Петролейный эфир	0,64—0,67	50—60	—58
Бензин	0,67—0,76	60—120
Лигроин		120-160	От +5 до +15
Керосин	0,78—0,87	150—300	От -28 до -4.5
Пиронафт		270	100
Веретенное масло	0,88—0,89		160
Машинное и цилиндровое масла	0,90—0,92		180—220
Мазут	0,91	300	100—140
Нефть	0,78—0,92		30—90
Бензол	0,88	80	От —12 до +10

Количество тепла при сгорании 1 г составляет для бензина 11,2 ккал (46,8 кДж), для нефти 10,8 ккал (45,1 кДж) и для бензола 10,0 ккал (41,8 кДж). Бензин и керосин замерзают при температуре ниже —80° С, бензол при +6° С. Содержание водорода в бензине 14—15%, в бензоле 7,7 .вес. %.

Скипидар получается из смолы хвойных деревьев; главной составной частью его является пинен (С10H16). Скипидар отличается от предельных углеводородов большей легкостью окисления; он легко воспламеняется при соприкосновении с концентрированной азотной кислотой.

В тех случаях, когда высокая температура горения резко ухудшает специальный эффект, в качестве горючих используют углеводы. Количество окислителя, добавляемого к ним, должно обеспечить сгорание содержащегося в них углерода только в СО.

Ниже указываются свойства некоторых углеводов.

Крахмал (C6H10O5)n. Теплота образования 1,55 ккал (6,5 кДж) на 1 г, плотность 1,6; в холодной воде почти не растворяется, с горячей растворяется значительно лучше; в кислой среде крахмал гидролизуется до виноградного сахара.

Молочный caxap C12H22011*H20. Плотность 1,5; вода удаляется только при 125° С, плавится при температуре около 200° С с разложением. При комнатной температуре в 100 г воды растворяется 17 г сахара, а при нагревании — значительно больше; в этиловом спирте очень труднорастворим. Теплота образования 651 ккал (2723 кДж) на 1 г-моль.

Свекловичный (тростниковый) сахар C12H22O11. Плотность 1,6 ; плавится при температуре около 160°С 'с небольшим разложением. При комнатной температуре в 100 г воды растворяется 190 г сахара. В этиловом спирте труднорастворим.

Древесина (древесные опилки) в большей своей части состоит из клетчатки (C6H10O5)n ; содержание ее может доходить до 2/3 от веса сухой древесины. Теплота образования клетчатки (целлюлозы) 1,55 ккал (6,5 кДж) на 1 г; воздушно-сухая древесина дает при горении около 3—3,5 ккал/г (12,5—14,6 кДж/г); целлюлоза 4,2 ккал/г (17,6 кДж/r).

Из других используемых в пиротехнике органических горючих следует отметить стеарин, нафталин, парафин, уротропин, дициандиамид и тиомочевину.

Стеарин или стеариновая кислота С17Н35*СООН. Температура плавления С18Н36О2 71° С, температура кипения 359—383° С (при атмосферном давлении), плотность 0,94. Стеариновая кислота принадлежит к числу поверхностно-активных веществ и поэтому особенно прочно адсорбируется на поверхности компонентов состава. Теплота образования ее из элементов равна 224 ккал/моль (921 кДж/моль) [5].

Стеарин используется при изготовлении отвержденных горючих и как пл. астификатор (одновременно и горючее) в осветительных и ракетных составах. Технический стеарин представляет собой смесь стеариновой и пальмитиновой кислот. Температура плавления пальмитиновой кислоты С16Н32О2 62° С, температура кипения 268° С.

Нафталин C10H8. Температура плавления 80° С, температура кипения 218° С, плотность (лри 2,0° С) 1,16. Теплоемкость жид кого нафталин а при 87° С равна 0,40 кал/(г-град) [(1,68 Дж/ (г-град)]; скрытая теплота плавления 34,6 кал/г (145 Дж/г), скрытая теплота испарения 75,5 кал/г (316 Дж/г). Теплота образования нафталина из элементов —16 .ккал/моль (—67 кДж/ моль). В пламенных составах нафталин 'используется как горючее; в составах белых дымов, имеющих низкую (<500°С) температуру горения, он частично сублимирует, выполняя функции дополнительного дымообразователя.

Парафин — смесь насыщенных углеводородов. При сте-хиометрических расчетах используется условная формула С26Н54. Белая или немного желтоватая масса без вкуса и запаха. Получается при переработке некоторых сортов нефти, бурого угля, или торфа. Температура плавления 44—58° С, плотность 0,88— 0,91 г/см3. Химически менее реакционен, чем нафталин или стеарин. Теплота сгорания .парафина 11,2 ккал/г (45,8 кДж/г) [5].

Уротропин — гексаметилентетрамин, C6H12N4. Получается при конденсации формальдегида с аммиаком. Содержит много азота и потому дает при горении бесцветное, почти не коптящее пламя, что особенно ценится при его использовании в составах сигнальных огней.