§ 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(NO3)2 + C6H10O5.
Во-первых, напишем реакцию разложения окислителя, т.е. азотнокислого бария:
Ba(NO3)2 BaO + N2 + 5 O2. (1)
Реакция окисления крахмала в чистом кислороде до сгорания крахмала в СО (неполное сгорание) будет иметь вид:
C6H10O5 +6 O 6 CO2 +3 H2O (2)
Для уравнения коэффициентов у кислорода нужно увеличить в 6 раз коэффициенты уравнения (1) и в 5 раз коэффициенты уравнения (2). Получим:
6 Ba(NO3)2 6 BaO + 6 N2 + 30 O; (1)
5 C6H10O5 + 80 O 30 CO + 25 H2O. (2)
сложив оба уравнения по частям и сократив кислород, получим общее уравнение реакции:
6 Ba(NO3)2 + 5 C6H10O5 6 BaO + 6 N2 + 30 CO + 25 H2O.
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(NO3)2 ;
для C6H10O5
5 * 162 = 810 г.
где 162 – молекулярный вес крахмала.
Всего смеси 2376 г.
Или, переводя в проценты:
Для Ba(NO3)2
для C6H10O5
(точность подсчета до целых чисел).
Как видно из этого примера, при разложении окислителя – азотнокислого бария Ba(NO3)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 KCIO3 , который разлагается по схеме:
KCIO3 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):
KCIO3 + C12H22O11.
Аналогично предыдущему примеру реакция разложения хлората калия:
KCIO3 KCI + 3 О. (1)
Реакция полного сгорания сахара в кислороде до образования СО2:
C12H22O11 + 24 О 12 СО2 + 11 Н2О. (2)
Для уравнения коэффициентов кислорода умножаем уравнение (1) на 8. Получим;
8 KCIO3 8 KCI + 24 О.
Складываем уравнения (1) и (2):
8 KCIO3 8 KCI + 24 О
+ C12H22O11 + 24 О 12 СО2 + 11 Н2О
____________________________________
8 KCIO3 + C12H22O11 12 СО2 + 11 Н2О + 8 KCI
взяв граммолекулярные соотношения веществ, получим:
для хлората калия 8*122,56=980,5 г., где 122,56 – молекулярный вес KCIO3; для сахара 342 г., где 342 – молекулярный вес сахара. Итого смеси 1322,5 г.
Переводя в проценты, получим:
для хлората калия
для сахара
Кроме основных смесей из двух компонентов (двойных) могут применяться тройные смеси. Они состоят из двух двойных смесей, имеющих одинаковые окислители, но разные горючие, т.е. состоят из трех веществ: одного окислителя и двух горючих. Тройные смеси могут состоять также из двух различных окислителей и одного горючего.
Мы разобрали в первом примере случай составления пиротехнической смеси, в которой активного кислорода окислителя не хватает для полного сгорания углерода, содержащегося в горючем. Углерод в этом случае сгорает только до образования СО.