Весьма важно знать степень стойкости составов. Для этой цели их подвергают воздействию влаги, повышенной температуре и других факторов, после чего составы анализируют и изучают произошедшие изменения.
§ 11. ВЗРЫВЧАТЫЕ СВОЙСТВА ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ
Многие пиротехнические составы при некоторых условиях, например при сгорании в замкнутом пространстве, при воздействии весьма мощного начального импульса и т.п., обнаруживают свой взрывчатые свойства.
Взрывчатые свойства составов характеризуются скоростью детонации, бризантностью и фугасным действием. В процессе сгорания составов, как и при взрывах взрывчатых веществ, выделяется много газов, но горение составов сопровождается все же значительно меньшим газообразованием.
С к о р о с т ь д е т о н а ц и и, т.е. скорость распространения реакции, при действии одинаково мощного начального импульса на пиротехнические составы с хлоратами не превышает 2500 м/сек, в то время как для некоторых взрывчатых веществ она доходит до 8000 м/сек. Пиротехнические составы, имеющие в качестве окислителей нитраты, обычно не дают скорости детонации больше 1000 м/сек, а некоторые составы вообще не детонируют.
Б р и з а н т н о с т ь с о с т а в о в, т.е. их мощность, оценивается обычно количеством возможной работы в единицу времени. По сравнению с взрывчатыми веществами пиротехнические составы обладают малой бризантностью. Составы с хлоратами наиболее бризантны. Бризантность определяется сравнением степеней обжатия свинцовых столбиков при взрыве состава.
Ф у г а с н о е д е й с т в и е с о с т а в о в – их способность расширять объем, в котором в начальный момент образовались продукты взрывчатого разложения. Фугасность пиротехнических составов сравнительно невелика. Наибольшее расширение объема дают составы, содержащие хлораты. Испытание на фугасное действие производится в бомбе Трауцля: она представляет собой свинцовый цилиндр с цилиндрическим каналом (рис. 6). В канал помещается навеска состава и воспламеняется. Под давлением образовавшихся в закрытом пространстве газов цилиндрический канал расширяется, приобретая грушевидную форму (рис. 7). По увеличению объема канала (измеряемого водой) судят о фугасности состава.
§ 12. КЛАССИФИКАЦИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ
Все пиротехнические составы можно разделить по действию их на: 1) пламенные, 2) дымовые, 3) динамические.
Первые две группы можно подразделить на более мелкие группы.
В группу пламенных входят составы: осветительные, сигнальные ночные, трассирующие и некоторые зажигательные.
В группу дымовых составов входят составы для дневной сигнализации и составы маскирующих дымов.
Контрольные вопросы к главе II
Что такое окислитель и какова его роль в пиротехническом составе?
Какими свойствами должен обладать цементатор?
Чем отличаются друг от друга разные горючие вещества и как использует эти отличия пиротехника?
Что такое основная смесь?
Какие основные компоненты входят в пиротехнический состав?
Что такое детонация?
Как изменяется характер горения в зависимости от внешних условий?
Что такое начальный импульс?
Какие существуют виды начального импульса?
Как определяется температура самовоспламенения?
Как влияет изменение плотности составов на скорость горения?
Что такое флегментаторы?
В чем заключается закон Авогадро-Жерара?
Определить объем газов, выделяющихся при реакции разложения 5 кг калиевой селитры по уравнению:
2 KNO3 K2O + N2 + 2,5 O2.
Определить объем газов и вес твердых веществ, образующихся при разложении 7 кг перхлората бария Ba(CIO4)2 по уравнению:
Ba(CIO4)2 BaCI2 + 4 O2.
Что такое теплота образования химического соединения?
Какие реакции называют экзотермическими?
Как определяется количество тепла, выделяемое при реакции горения?
Как влияет величина теплоты образования вещества на его способность к взрыву?
Что такое температура самовоспламенения?
Как можно повысить чувствительность пиротехнического состава к механическим воздействиям?
Какие примеси понижают чувствительность пиротехнического состава и как они называются?
Какие свойства веществ оказывают большое влияние на их чувствительность?
Что такое стойкость пиротехнического состава?
Какое правило облегчает составление уравнения реакции горения?
Написать реакцию взаимодействия хлората калия с углем.
Рассчитать основную смесь из калиевой селитры KNO3 и магния Mg.
На какие группы классифицируют пиротехнические составы?
ГЛАВА III
СЫРЬЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
§ 1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СЫРЬЮ
Для получения требуемого эффекта при сгорании пиротехнического состава все продукты, входящие в него, должны иметь строго определенные физико-химические свойства. По назначению различных компонентов в составах все исходные продукты можно подразделить на следующие группы: окислители, горючие и цементирующие вещества, цветнопламенные добавки, вспомогательные добавки, красители дыма.
В пиротехнике для изготовления составов следует применять вещества, очищенные от загрязнений и примесей, негигроскопичные, сравнительно недорогие, отечественного происхождения или изготовления.
Отсутствие загрязнений или примесей обеспечивает получение определенного действия вещества; примеси, загрязняющие продукт, изменяют его действие в составе, чувствительность состава и др. Однако некоторые примеси в небольшом количестве могут быть допущены. Для каждого продукта опытным путем устанавливаются допускаемые нормы тех примесей, которые не вредят составу. Каждый продукт, поступающий в производство, подвергается химическому анализу, в результате которого проверяется количество примесей в нем.
Совокупность требований к химическому составу, чистоте и физико-химическим свойствам вещества обычно называется т е х н и ч е с к и м и у с л о в и я м и.
Способность некоторых веществ притягивать влагу из окружающей их среды называется г и г р о с к о п и ч н о с т ь ю. Гигроскопичные вещества не следует употреблять для пиротехнических составов. Еще в процессе производства влажность их увеличивается, увлажняя состав, что недопустимо в пиротехнических изделиях.
При хранении изделий гигроскопичные вещества также увеличивают влажности состава.
§ 2. ОКИСЛИТЕЛИ
Окислители представляют собой вещества, богатые кислородом и способные легко отдавать его.
Легкость отщепления кислорода от молекул окислителей объясняется сравнительно малой прочностью непосредственной связи между кислородом и другими атомами, например, хлором, азотом.
Примером строения молекул окислителей могут служить азотнокислый калий
хлорноватокислый калий
По химическому составу окислители, применяемые в пиротехнике, можно разделить на следующие основные группы: 1) хлораты, 2) перхлораты, 3) нитраты, 4) окислы металлов.
Некоторые окислители одновременно, служат и носителями цветности пиротехнического пламени. Они называются цветно-пламенными окислителями. К ним принадлежат, например, хлорат бария и нитрат стронция.
Хлораты
Хлораты представляют собой соли хлорноватой кислоты HCIO3.
Хлорноватая кислота соединение неустойчивое, быстро разлагается; при разложении ее выделяется газ CIO2 (двуокись хлора), который на воздухе поджигает такие вещества, как хлорок, бумага, дерево.
Хлорноватая кислота с различными металлами образует соли. В пиротехнике применяются, главным образом, хлорноватокислый калий и хлорноватокислый барий; реже применяется хлорноватокислый натрий, отличающийся сравнительно большой гигроскопичностью.
Все хлораты разлагаются, выделяя тепло и свободный кислород.
Х л о р н о в а т о к и с л ы й к а л и й (б е р т о л е т о в а с о л ь) KCIO3, молекулярный вес 122,56; впервые был получен ученым Бертоле, по имени которого и называется.
Хлорат калия получается хлорированием извести с последующим обменным разложением хлорноватокислого кальция с солями калия по уравнениям:
6 Ca(OH)2 + 6 CI2 Ca(CIO3)2 + 5 CaCI2 + 6 H2O;
Ca(CIO3)2 + 2KCI CaCI2 + 2KCIO3.
Полученный таким образом хлорноватокислый калий в случае надобности может быть очищен перекристаллизацией из горячей воды.
Хлорат калия с трудом растворяется в воде при низких температурах; при охлаждении горячего концентрированного раствора хлорат кали выкристаллизовывается. По внешнему виду он представляет собой мелкие белые ромбические кристаллы. Температура плавления 357,1 градус, температура разложения 364 градуса. При этой темпе-
ратуре хлорат калия разлагается сравнительно медленно; часть кислорода, которая выделяется при разложении КСIO3, окисляет оставшийся неразложившимся КСIO3 в соединение КСIO4 (хлорно-кислый калий) по уравнению:
4 КСIO3 З КСIO4 + K СI + Q,
где Q —тепло, выделяющееся при разложении.
В присутствии примесей, играющих роль катализаторов разложения (например, некоторые окислы металлов, песок, стекло и др.), или веществ, способных легко окисляться (горючих), хлорат калия разлагается очень энергично; реакция идет с выделением большого количества кислорода по уравнению:
2 КСIO3 2КСI + ЗО2 + Q.
Реакция разложения хлората калия экзотермична.
В присутствии примесей хлорат калия разлагается настолько энергично, что иногда вызывает взрыв. Смесь бертолетовой соли с горючими веществами легко воспламеняется от действия небольшого количества концентрированной серной кислоты. Это явление объясняется тем, что при действии серной кислоты на бертолетову соль выделяется свободная хлорноватая кислота, которая разлагается с образованием двуокиси хлора. Последняя, как указано выше, обладает свойством зажигать горючие вещества.