1.2.2 Горючие вещества

К неорганическим горючим в виде солей, применяемым в пиротехнике, принадлежат сернистые соединения сурьмы и мышьяка [2].

Сернистая сурьма, или антимоний Sb2S3 (молекулярный вес 339,8) отличается сильной восстановительной способностью. В смеси с окислителями, например с бертолетовой солью, сернистая сурьма взрывает от незначительных внешних воздействий [2].

Антимоний – темно-серый порошок, применяется для составов, чувствительных к внешним воздействиям, например для терочных составов, воспламеняющихся от трения [2].

Антимоний встречается в природе в виде минерала – «сурьмяного блеска» Sb2S3. При горении антимоний превращается в сурьмянистый ангидрид с выделением сернистого газа. Реакция протекает по схеме [2]:

2Sb2S3 + 9O2 = 2Sb2O3 + 6SO2.(1.23)

1.2.3 Цветнопламенные добавки

Для окрашивания пламени в составы вводят соединения некоторых металлов. При высокой температуре, развиваемой при горении составов, соединения металлов частично или полностью диссоциируют и, перейдя в парообразное состояние, дают спектр излучения. Каждый металл дает спектр особого, характерного для него цвета [1].

В тех случаях, когда применяемые для окрашивания пламени соединения не участвуют в реакции горения пиротехнического состава, они называются цветнопламенными добавками [1].

Атомы натрия дают пламя желтого цвета; соединения стронция, цезия, рубидия и атомы лития дают пламя красного цвета (практически применяются только соединения стронция, применение остальных ограничено из-за высокой стоимости) [5].

Соединения бария и атомы таллия дают пламя зеленого цвета (практическое значение имеют лишь первые) [5].

Пламя синего цвета получается при свечении соединений меди, главным образом, монохлорида меди CuCl. Пламя розового цвета дают соединения кальция [5].

Щавелевокислый натрий, или оксалат натрия Na2C2O4 (молекулярный вес 134) белое кристаллическое негигроскопичное и нерастворимое в воде вещество; дает желтое пламя; большей частью употребляется в хлоратных составах. Недостатком этой соли является ее ядовитость [5].

Дешевая соль натрия хлористый натрий (поваренная соль) NaCl не применяется в пиротехнике из-за большой гигроскопичности [5].

Криолит 3NaF•AlF3 (молекулярный вес 125,97) представляет собой минерал, негигроскопичен, окрашивает пламя в желтый цвет [5].

Щавелевокислый стронций, или оксалат стронция SrC2O4 (молекулярный вес 175,6) представляет собой мелкокристаллический порошок белого цвета; он негигроскопичен и не растворяется в воде. Щавелевокислый стронций дает хорошую красную окраску пламени, но менее яркую, чем нитрат стронция [5].

Карбонат стронция SrCO3 (молекулярный вес 147,6) нерастворим в воде, негигроскопичен, окрашивает пламя в красный цвет, но менее яркий, чем цвет пламени, получаемый от оксалата и нитрата стронция. Однако из-за сравнительной дешевизны он применяется в составах красного огня [5].

Карбонат бария BaCO3 (молекулярный вес 197,4) прозрачные кристаллы, почти нерастворимые в воде. В хлоратных составах карбонат бария может быть использован для окраски пламени в зеленый цвет [5].

Для окраски пламени в синий цвет применяются некоторые соли меди, например, карбонат меди CuCO3; он представляет собой светлозеленые кристаллы, нерастворимые в воде. В пиротехнике применяются также соединения меди, встречающиеся в природе: малахит CuCO3·Cu(OH)2, горная синь 2CuCO3·Cu(OH)2 и др.Медные соли ядовиты. Они применяются большей частью в составах, содержащих хлорат калия [5].

Одним из распространенных медных соединений является медный купорос CuSO4, т. е. сернокислая медь. Эту соль нельзя применять в составах: она имеет кислую реакцию и в смеси с бертолетовой солью может вызвать самовоспламенение Медный купорос может быть использован только совместно с аммиаком, с которым CuSO4 образует сложные соединения [5].

Для получения розового огня можно пользоваться солями кальция.

Карбонат кальция, или мел, CaCO3, (молекулярный вес 100,0) образует природные залежи и является сравнительно дешевым продуктом. Иногда мелом заменяют более дорогие соли стронция; мел окрашивает пламя в розовый цвет [5].

Для усиления цвета пламени или для уменьшения температуры и скорости горения состава и для некоторых других целей могут применяться различные добавки к составам.

Иногда, чтобы получить густой и чистый цвет пламени, в составы добавляют хлористые соли или органические соединения, содержащие хлор. Их действие заключается в выделении свободного хлора при разложении этих соединений в условиях горения состава. Выделяющийся хлор может реагировать с окрашивающими пламя металлами с образованием их хлористоводородных солей, которые и улучшают окраску пламени. В качестве таких соединений неорганического происхождения могут выступать хлорид ртути (І), хлорид свинца (ІІ), хлорид аммония, а также металлические опилки для получения искрения при горении составов [5].

Хлорид ртути (І) или каломель Hg2Cl2 (молекулярный вес 472,1) - белый, мелкокристаллический порошок, очень ядовитый. На свету каломель разлагается, выделяя хлор, при этом соль сначала желтеет, а потом чернеет, поэтому ее следует хранить в посуде из темного стекла. Обычно каломель добавляется к сигнальным составам [5].

Хлорид свинца (ІІ) PbCl2 менее опасен и менее дорог, чем каломель; хлорид свинца негигроскопичен, может употребляться в составах для улучшения цвета пламени [5].

Хлорид аммония или нашатырь NH4Cl - белый кристаллический порошок, замедляющий горение составов, но значительно усиливающий густоту окраски пламени. Недостатком нашатыря является его гигроскопичность, препятствующая долгому хранению тех составов, в которые он входит [5].

Для получения искрения при горении составов в пиротехнике применяются железные, стальные, чугунные и другие металлические опилки. Раскаленные опилки выбрасываются из изделия и сгорают в воздухе. Цвет искр зависит от свойств металла. Стальные опилки дают белые искры, опилки цинка – голубые. Опилки легко подвергаются окислению, поэтому перед введением в состав рекомендуется их воронить, нагревая с льняным маслом [1].

Краткий обзор используемых в пиротехнике неорганических солей с указанием их функций в составе пиротехнических смесей приведен в Приложении А.

Таким образом, выбор компонентов пиротехнических составов зависит от ряда факторов:

- назначения пиротехнического изделия, окрашивания пламени и других требуемых пиротехнических эффектов;

- химической стабильного полученного состава;

- физико-химических свойств и чистоты применяемых соединений;

- стоимости используемых в пиротехнических смесях компонентов;

- требований техники безопасности.

2 Экспериментальная часть

В экспериментальной части курсовой работы поставлена задача изготовления пиротехнического состава на основе неорганических солей для проведения демонстрационного эксперимента в виде так называемого пиротехнического «фонтана».

Пиротехнические «фонтаны» представляют собой элементы фейерверков, выбрасывающие поток блестящих огненных искр. Изделия для получения «фонтанов» выполнены в виде неподвижных толстостенных картонных гильз с узким жерлом, заполненных быстрогорящими, динамическими составами (рис. 2.1) [7]. Обычно, их внутренний диаметр составляет от 10 до 50 мм при длине, не превышающей 16 калибров, а для крупных изделий − 10-12 калибров. Большие «фонтаны» дают более длинную и пышную огненную ленту, поэтому в старых источниках можно встретить описание даже 6-8 пудовых «фонтанов», гильзы которых для надёжности обматывали снаружи толстой бечевой.