§ 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.

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.