Основы пиротехники

Коэффициент обеспеченности состава окислителем:

Значение кислородного баланса:

O₂

Расчет металлогалогенных составов

В металлогалогенных составах роль окислителя выполняет хлор или фторорганическое соединение, а роль горючего - активный металл.

Окислитель берется в таком количестве, чтобы содержащегося в нем хлора или фтора хватило на полное окисление металла до высшего хлористого или фтористого соединения.

Например:

C₂Cl₆ + 3Zn = 2C + 3ZnCl₂

Для расчетов используется таблица 6, в которой указывается количество окислителя отдающего при распаде 1г хлора или фтора и количество металла, соединяющегося с 1г галогена.

 

Таблица 6.

Хлорорганическое соединение (окислитель)

Молекулярн­ый вес

Кол-во вещества, отдающее 1гр. СI

Металл-горючее

Атомный вес

Кол-во металла, соединяющееся с 1р. CI

Четырехлористьй углерод ССI₄

154

1,08

Цинк

65,4

0,92

Гексахлорэтан С₂СI₆

237

1,11

Алюминий

27,0

0,27

Гексахлорбензол С₆СI₆

285

1,34

Магний

24,3

0,34

Гексахлорциклогексан (гексахлоран) С₆Н₆СI₆

291

1,37

Цирконий

91,2

0,64

Поливинилхлорид (С₂Н₃СI)n

60,5

1,76

Железо

55,8

0,53 образуется FeCI₃

0,79 образуется FeCI₂

Пример: Рассчитать содержание компонентов в двойной смеси гексохлорэтан-алюминий, используя данные таблицы 6

Или в процентах: гексахлорэтан (1,11 • 100) / 1,38 = 80,5%, алюминий 100 - 80,5 = 19,5%

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% C₂Cl₆ 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 CO. 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 100г состава должно содержаться 15г C₂Cl₆ + 4,6г Mg + 6,5г Ba(NO₃)₂.

Узнаем сколько граммов состава приходится на двойную смесь Ba(NO₃)₂+Mg: 100 - 15 - 4,6 - 6,5 = 73,9г.

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

Подведя итог, получаем рецепт:

Образующийся при обменной реакции в пламени BaCl₂, 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 100г состава смеси нитрат бария + шеллак будет 20,4 + 5 = 25,4г.

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

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.

 

Таблица 7

Фтористое соединение (окислитель)

Молекулярный вес

Количество вещества, отдающее 1 г фтора

Металл-горючее

Атомный вес

Количество металла, соединяющееся с 1 г фтора

Дифторид меди CuF₂

104

2,74

Бериллий

9,0

0,24

Фторид серебра AgF

127

6,68

Магний

24,3

0,64

Дифторид свинца PbF₂

245

6,45

Алюминий

27,0

0,47

Фторопласт - 4 (тефлон)

(C₂F₄)_n

100 мономер

1,32

Цирконий

91,2

1,2

Тетрафторид ксенона XeF₄

207

2,72

Рассчитать двойную смесь тефлона с магнием.

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

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. – Q_К.С.

где Q_Г.С. — теплота горения состава

Q_П.Г. — теплота образования продуктов горения состава

Q_К.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:

3Ba(NO₃)₂ + 10Al = 3BaO + 3N₂ + 5Al₂O₃

Теплота образования продуктов горения:

Теплота образования компонентов Q_К.С.= Ba(NO₃)₂ =237 ккал: