Пиротехнические смеси, в которых кислорода, получаемого при разложении окислителя, не хватает для полного сгорания горючего, имеют так называемый о т р и ц а т е л ь н ы й к и с л о р о д н ы й б а л а н с. Смеси с избытком активного кислорода обладают п о л о ж и т е л ь н ы м к и с л о р о д н ы м б а л а н с о м.
§ 4. ОБРАЗОВАНИЕ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ
На базе основной двойной смеси из окислителя и горючего строится более сложный пиротехнический состав.
В зависимости от требований, предъявляемых к составу, к основной смеси примешиваются различные компоненты. Например, для получения пламени, окрашенного в определенный цвет, в состав вводится соль соответствующего металла: для получения зеленого цвета – соли бария, красного – соли стронция, желтого – соли натрия.
Для придания составу механической прочности добавляются особые вещества, обладающие способностью склеивать (или связывать) состав при уплотнении или прессовании его. Такие вещества называются цементаторами, или с в я з ы в а ю щ и м и в е щ е с т в а м и. Обычно они одновременно являются и горючими; это – готовые лаки, олифа, смолы (с добавлением в составы растворителей) и др .
Иногда для уменьшения активности состава или уменьшения чувствительности отдельных компонентов к механическим и тепловым импульсам к составам прибавляют вещества, способные замедлять процессы горения; такие вещества называются ф л е г м а т и з а т о р а м и. К их числу относятся парафин, канифоль, некоторые масла и др.
Разберем пример составления сигнального состава, дающего пламя красного цвета. Для окрашивания пламени возьмем в состав 20% (от всего состава) углекислого стронция SrCO3. В качестве окислителя возьмем хлорат калия KCIO3; в качестве горючего – шеллак С16Н24О5, который одновременно служит цементатором.
При температуре разложения углекислый стронций разлагается по уравнению:
SrCO3 SrO + CO2.
Продукты разложения
SrCO
3
вполне окислены и поэтому не нуждаются в окислителе. Следовательно, окислитель требуется только для того, чтобы дать кислород на сгорание шеллака (горючего), т.е. имеется двойная смесь из хлората калия и шеллака:
KCIO3 + C16H24O5.
Напишем уравнение разложения хлората калия:
KCIO3 KCI + 3 О. (1)
Напишем уравнение горения шеллака в кислороде до полного сгорания в углекислый газ:
C16H24O5 + 39 О 16СО2 + 12 Н2О (2)
Уравняем коэффициенты кислорода в уравнениях (1) и (2), для чего умножим уравнение (1) на 13. получим:
13 KCIO3 13 KCI + 39 О.
Сложив полученное уравнение с уравнением (2), получим:
C16H24O5 + 13 KCIO3 13 KCI + 16СО2 + 12 Н2О
Из этого уравнения найдем количества C16H24O5 и KCIO3 в двойной смеси.
1 граммолекула C16H24O5 составляет 296,2 г.; 13 граммолекул KCIO3 составляют 13*122,56 г. = 1593,8 г. Всего смеси 1890 г.
Переводя в проценты, получим:
для хлората калия
для шеллака
Но в состав входит 20% углекислого стронция и только 80% рассчитанной нами двойной смеси. Следовательно, каждого компонента двойной смеси тоже будет по 80% от полученных нами величин, а именно: хлората калия 84,3*0,8=67,44%; шеллака 15,7*0,8=12,56%.
Общий рецепт будет таким (проц.):
SrCO3 ……………………… 20
KCIO3 ……………………. 67,44
C16H24O5……………………. 12,56
§ 5. НАЧАЛЬНЫЙ ИМПУЛЬС И ВОСПЛАМЕНЕНИЕ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ
Для воспламенения пиротехнического состава необходимо затратить какое-то количество энергии, которое обычно называется н а ч а л ь н ы м и м п у л ь с о м. Во многих случаях от характера начального импульса зависит характер реакции сгорания пиротехнического состава.
Часто действие различных видов энергии сводится к воздействию тепловой энергии, например, при ударе и трении развивается повышенная температура; то же происходит и при воздействии крепкой серной кислоты на состав: при химической реакции между кислотой и отдельными компонентами состава тоже выделяется тепло.