Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №12 - Журнал «Домашняя лаборатория»

Пример: рассчитать состав зеленого огня повышенной цветности, содержащий нитрат бария-гексахлорэтан-магний. Известно, что для получения пламени хорошей цветности с окислителями нитратами содержание хлорорганических соединений в составе должно быть не менее 15%

Решение: на соединение с 15 % С2Сl6 потребуется (смотри таблицу 6) (15∙0,34)/1,11 = 4,6 % магния.

Разлагаясь, гексахлорэтан образует (15∙24)/234 = 1,5 % углерода, который должен быть окислен как минимум СО. Пользуясь таблицами 1 и 5 находим в них цифры 3,27 и 0,75 и из пропорции 0,75/3,27 = 1,5/х вычисляем необходимое для окисления углерода количество нитрата бария, х = 6,5 %.

Теперь известно, что в 100 г состава должно содержаться 15 г С2Сl6 + 4,6 г Mg + 6,5 г Ba(NO3)2

Узнаем сколько граммов состава приходится на двойную смесь

Ba(NO3)2 + Mg: 100 — 15 — 4,6–6,5 = 73,9 г.

Пользуясь таблицами 1 и 4, находим, что в 73,9 г смеси содержится (3,27∙73,9)/(3,27 + 1,52) = 48,7 г Ba(NO3)2 и 25,2 г Mg.

Подведя итог, получаем рецепт:

Нитрат бария… 48,7 + 6,5 = 55,2%

Гексахлорэтан… 15%

Магний… 25,2 + 4,6 = 29,8%

Образующийся при обменной реакции в пламени ВаСl2, придает пламени зеленую окраску.

При добавлении в полученный состав цементатора шеллака, на основании данных из таблиц 1 и 5 находим, что 5 % шеллака требуют для сгорания (3,27∙5)/0,80 = 20,4 % Ba(NO3)2

В 100 г состава смеси нитрат бария + шеллак будет 20,4 + 5 = 25,4 г.

Уменьшим в предыдущем составе количество двойной смеси нитрат бария + магний на полученную величину 73,9 — 25,4 = 48,5 г и находим, что в 48,5 г смеси нитрат бария + магний содержится 32,0 г нитрата бария и 16,5 г магния, суммируя данные — получаем новый рецепт:

Нитрат бария… 6,5 + 20,4 + 32 = 58,9%

Гексахлорэтан… 15%

Магний… 4,6 + 16,5 = 21,1%

Шеллак… 5%

Во фторметаллических составах роль окислителя выполняют фториды малоактивных металлов или фторорганические соединения (тефлоны, фторопласты, фторлоны).

Рассмотрим пример составления рецептов фторметаллических составов, пользуясь данными таблицы 7*.

Рассчитать двойную смесь тефлона с магнием.

Решение: на соединение с 1,32 г тефлона потребуется 0,64 г магния. Всего смеси 1,32 + 0,64 = 1,96 г.

Содержание тефлона в смеси будет равно: (1,32∙100)/1,96 = 67,3%

Содержание магния: 100 — 67,3 = 32,7%

ТЕПЛОТА ГОРЕНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ

Вычисление теплоты горения составов производят на основании закона Гесса, который может быть сформулирован так: количество тепла, выделяющееся при химической реакции, зависит от начального и конечного состояния системы и не зависит от пути протекания реакции.

Из закона Гесса следует, что теплота образования из элементов продуктов горения пиротехнического состава, равна сумме теплот образования компонентов состава, к которой следует добавить количество тепла, выделяющегося при горении состава. Следовательно, теплота реакции горения определяется как разность между теплотой образования продуктов горения и теплотой образования компонентов состава.

Q г.с. = Q п.г.- Qк.с.

где Q г.с. — теплота горения состава; Q п.г. — теплота образования продуктов горения состава; Qк.с. — теплота образования компонентов состава

Величины теплот образования продуктов реакции находят в термохимических таблицах справочников Брицке Э.В., Капустинского А.Ф. Карапетьянц М.Х. и Карапетьянц М.Л. и других.

Пример: рассчитать теплоту горения смеси:

3Ва(NO3)2 + 10Аl = 3ВаО + 3N2 + 5Аl2O3

Теплота образования продуктов горения:

5Аl2O3 — 400 ккал * 5 = 2000 ккал

ВаО — 133 ккал * 3 = 399 ккал

_______

Всего (Q п.г.) = 2399 ккал

Теплота образования компонентов Qк.с. = Ва(NО3)2 = 237 ккал:

Qк.с. ОБЩЕЕ = 237 ккал ∙ 3 = 711 ккал

Теплота горения состава:

Q г.с. = 2399 ккал — 711 ккал = 1688 ккал

Сумма по массе Ва(NO3)2 и алюминия, вычисленная по молекулярному весу:

М = 261,4∙3 + 27∙10 = 1054 г

Теплота горения состава: q = 1688/1054 = 1,601 ккал/г

Приведенный метод расчета не дает представления о расходе части тепла на разложение окислителя внутри горящего состава.

Существует иной метод расчета теплоты горения, дающий представление о расходе тепла внутри горящего состава. Рассмотрим этот метод на примере смеси Ва(NO3)2 + Mg. Стехиометрический расчет дает соотношение компонентов смеси 68 % Ва(NO3)2 и 32 % Mg. Пользуясь таблицей 3, находим, что 0,32 г. магния выделяют при горении 0,32∙5,9 = 1,88 ккал тепла. Из таблицы теплоты образования окислов находим, что на разложение 261 г Ва(NO3)2 требуется 104 ккал. Вычисляем, что на разложение 0,68 Ba(NO3)2 необходимо затратить 0,27 ккал. Сопоставляя данные, получаем теплоту горения смеси q = 1,88 — 0,27 = 1,61 ккал/г

В приведенном случае на разложение окислителя затрачивается 0,27∙100/1,88 = 14 % от теплоты горения магния. Используя такой метод расчета теплоты горения железоалюминиевого термита состава 75 % Fе2О3 и 25 % Аl, находим, что тепловой баланс его q = 1,82 — 0,86 = 0,96 ккал/г, то есть в данном случае на разложение окислителя расходуется уже 47 % теплоты горения алюминия. Отсюда можно сделать вывод, подтверждающийся опытными данными, что теплота горения такого состава сравнительно мала, так как около половины тепла горения горючего расходуется на разложение окислителя.

В ниже приведенной таблице 8 приведены данные о теплоте горения некоторых пиротехнических составов составленных в стехиометрических отношениях.

Теплота образования компонентов Qк.с.= Ba(NO3)2 = 237 ккал:

Qк.с. ОБЩЕЕ = 237 ккал∙3 = 711 ккал

Теплота горения состава:

Qг.с. = 2399 ккал — 711 ккал = 1688 ккал

Сумма по массе Ba(NO3)2 и алюминия, вычисленная по молекулярному весу:

М = 261,4∙3 + 27∙10 = 1054 г

Теплота горения состава:

q = 1688/1054 = 1,601 ккал/г

Приведенный метод расчета не дает представления о расходе части тепла на разложение окислителя внутри горящего состава.

Существует иной метод расчета теплоты горения, дающий представление о расходе тепла внутри горящего состава. Рассмотрим этот метод на примере смеси Ba(NO3)2 + Mg. Стехиометрический расчет дает соотношение компонентов смеси 68 % Ba(NO3)2 и 32 % Mg. Пользуясь таблицей 3, находим, что 0,32 г. магния выделяют при горении 0,32∙5,9 = 1,88 ккал тепла. Из таблицы теплоты образования окислов находим, что на разложение 261 г Ba(NO3)2 требуется 104 ккал. Вычисляем, что на разложение 0,68 Ba(NO3)2 необходимо затратить 0,27 ккал. Сопоставляя данные, получаем теплоту горения смеси q = 1,88 — 0,27 = 1,61 ккал/г

В приведенном случае на разложение окислителя затрачивается 0,27∙100/1,88 = 14 % от теплоты горения магния. Используя такой метод расчета теплоты горения железоалюминиевого термита состава 75 % Fe2O3 и