§ 8. Изучение продуктов реакции горения пиротехнических составов

В результате сгорания пиротехнического состава получается газообразные и твердые продукты. Изучение их позволяет точно установить ход реакции, изучить процесс их горения и на этой основе видоизменить состав в соответствии с требованиями, предъявляемыми к нему.

Обычно исследуют: а) продукты сгорания, б) объем газов, в) вес твердых продуктов (шлаков).

Х и м и ч е с к и й а н а л и з п р о д у к т о в с г о р а н и я производится после охлаждения их. Состав сжигается в герметически закрытом специальном приборе, затем его охлаждают до комнатной температуры и через отвод улавливают образовавшиеся при реакции газы, а затем прибор открывают и из него извлекают твердые продукты.

О б ъ е м о б р а з о в а в ш и х с я г а з о в м о ж н о о п р е д е л и т ь о п ы т н ы м п у т е м и т е о р е т и ч е с к и н а о с н о в а н и и р а с ч е т а.

Определить объем газов опытным путем в процессе горения при температуре, иногда доходящей до 2000 – 3000 градусов, практически невозможно. Это определение производится в особых герметически закрытых приборах, после охлаждения их до нормальной комнатной температуры, как указано выше. Кроме того, объем полученных газов может быть рассчитан по увеличению давления, отмечаемого манометром. Можно также перевести газы в газометр, в котором их объем отсчитывается после приведения к атмосферному давлению.

Теоретический расчет объема газов производится по уравнению реакции горения пиротехнического состава. Основанием для расчета служит закон Авогадро-Жерара. По этому закону «в равных объемах газов при одинаковых условиях давления и температуры содержится одинаковое количество молекул». Следовательно, объем 1 граммолекулы газа при определенных условиях давления и температуры будет величиной постоянной для всех газов, независимо от их свойств и состава.

Вычислено, что при температуре 0 градусов и давлении 760 мм. рт. ст. объем 1 граммолекулы газа 22,4 л. Отсюда, зная количество граммолекул газов, выделившихся в результате реакции горения пиротехнического состава, легко определить их объем.

Разберем сказанное на примере.

Требуется определить объем газов, выделившихся в результате сгорания пиротехнической двойной смеси, состоящей из нитрата калия (селитры) и угля. Реакция горения будет выражаться уравнением:

4 KNO₃ + 5 C  2 K₂CO₃ + 3 CO₂ + 2 N₂

Количество молекул газообразных продуктов:

3 + 2 = 5 моль.

Следовательно, объем газов, выделившихся при сгорании 4 граммолекул селитры и 5 граммолекул углерода:

5 * 22,4 = 112 л.

Для вычисления объема газообразных продуктов реакции, выделившихся в результате сгорания 1 кг состава, найденную выше величину нужно умножить на 1000 и разделить на число, выражающее сумму молекулярных весов компонентов, входящих в состав в соответствующих количествах:

где 101 – молекулярный вес KNO₃;

12 – атомный вес С.

Исходя их уравнения реакции, можно определить и вес образующихся в результате ее твердых продуктов. Разберем, например, реакцию горения дымного пороха, состоящего из смеси калиевой селитры KNO₃ серы S и угля С. Реакцию разложения пороха можно выразить уравнением:

10 KNO₃ +4 S + 12 C = 8 CO₂ + 3 CO + 5 N₂ + K₂CO₃ + 2 K₂SO₄ + K₂S. (1)

Сначала по известному уже нам способу определим объем газов. Количество молекул газов будет:

8 + 3 + 5 = 16 мол.

Следовательно, из 1 кг пороха выделится:

л газов;

здесь 1282 – сумма молекулярных весов компонентов пороха в соответствующих количествах.

Но в результате реакции, кроме газообразных продуктов, образовались и твердые продукты K₂CO₃, K₂SO₄ и K₂S с количеством молекул в каждом по уравнению (1). Следовательно, вес K₂CO₃ будет равен его молекулярному весу, а веса K₂SO₄ и K₂S будут равны их молекулярным весам, умноженным на число граммолекул, т.е. на 2. Итак,

вес K₂CO₃ = 138 г;

вес 2 K₂SO₄ = 2 * 174 = 348 г;

вес 2 K₂S = 110 г.

Следовательно, вес всех твердых веществ 596 г.

Чтобы вычислить количество твердых веществ, получаемое на 1 кг пороха, делим полученный вес на 1282.

Получим:

кг твердых продуктов.