Міністерство освіти і науки України
Харківський національний університет імені В. Каразіна
Кафедра неорганічної хімії та методики викладання хімії
Неорганічні солі в піротехнічною промисловості
Курсова робота
Студента гр. Х-114
Хімічного факультету
Колесника Олексія
Нау чний керівник:
к.х.н., доцент В.Г. Панченко
Хар ь к о в 2008
Реферат
Курсова робота містить: 35 сторінок, 1 рисунок, 6 таблиць, 1 додаток, 7 джерел.
Об'єктами дослідження є неорганічні солі, які використовуються в піротехнічною індустрії.
Мета курсової роботи - розглянути найбільш важливі в піротехнічною промисловості неорганічні солі, їх властивості, одержання і застосування; підібрати оптимальний склад для виконання експерименту (піротехнічного «фонтану») і використовувати цей склад на практиці.
В результаті проведеного аналізу джерел літератури як найбільш прийнятного піротехнічного складу (з урахуванням вимог техніки безпеки для проведення експерименту в приміщенні) був обраний склад, що включає наступні компоненти: нітрат калію, перхлорат калію, сульфід сурми, вугілля деревне (дрібний), сірку, нітрат стронцію, сажу. З перерахованих вище компонентів неорганічними солями є: нітрат калію, перхлорат калію, сульфід сурми, нітрат стронцію.
Описані в роботі склади використовуються для виготовлення найбільш простих і доступних за вартістю "фонтанів" у мирній піротехніці.
Неорганічні солі, нітрат калію, нітрат стронцію, перхлорат калію, піротехнічна індустрія, піротехнічний «фонтан», сульфід сурма
Зміст
Введення
1 Літературний огляд
1.1 Загальні відомості про піротехнічних складах
1.1.1 Основні поняття
1.1.2 Принцип дії піротехнічних виробів
1.1.3 Горіння складів
1.1.4 Призначення компонентів в піротехнічних складах
1.2 Неорганічні солі в якості компонентів піротехнічних складів
1.2.1 Окислювачі
1.2.1.1 Хлорати
2.1.2 Перхлорати
1.2.1.3 Нітрати
1.2.1.4 Окислювачі інших груп
1.2.1.5 Вибір піротехнічних окислювачів
1.2.2 Горючі речовин
1.2.3 Цветнопламенние добавки
2 е. ксперементальная частина
3. Техніка безпеки
Висновки
Список літератури
Додаток А
Введення
Піротехніка в сучасній індустрії та науці займає особливе місце серед інших галузей. Їй належать страхітливі (на службі військової промисловості або терактів) і захоплюючі (в ролі мирної піротехніки) картини.
Так, наприклад, під час війни виявилося велике значення різних засобів військової піротехніки. За силою морального впливу на людей і за своїм руйнівної дії вижігательние кошти являють собою дуже потужний і грізна зброя.
З розвитком авіації велике значення придбали запальні авіабомби, які дозволяють влаштовувати пожежі в тилу противника. Запальні засоби викликають масові пожежі у великих містах.
Ведення сучасного бою в нічний час викликає необхідність у різних освітлювальних засобах, з них найбільш важливі освітлювальні снаряди. Є спеціальні піротехнічні освітлювальні склади, що дають настільки потужні джерела світла, що при них можливо проводити вночі фотозйомку.
Трасуючі засоби, що залишають на траєкторії свого польоту видимий слід, вогненний або димовий, мають також велике застосування в сучасній війні. Розвиток бойової авіації та автоброневих і мотомеханізованих бойових засобів викликає необхідність в спеціальних засобах для пристрілки по рухомих цілях.
Піротехнічні засоби зв'язку (сигнальні) незамінні в бойових умовах для передачі умовних повідомлень на відстань.
Піротехніка має дуже велике значення і для науково-дослідних робіт. При вивченні стратосфери використовуються димові шашки, піднімаються на спеціальних кулях-зондах; на певній секунді часу підйому догорає сповільнювач димової шашки, і вона утворює хмару диму. Спостереження за цим хмарою дають цінні наукові дані про багато явищ у стратосфері. Піротехнічні сигнальні засоби використовуються з великим успіхом в далеких арктичних експедиціях.
Під час навчальних маневрів армії і при військовому навчанні велику роль відіграють піротехнічні імітаційні засоби, які вживаються замість бойових; наприклад, розриви шрапнельних і фугасних снарядів імітуються так званими вибуховими пакетами.
Важливе місце займає мирна піротехніка, в якій розробляються безпечні для людей і навколишнього середовища феєрверочні склади.
Сучасне піротехнічне виробництво грунтується тепер не тільки на досвідчених даних про приготування складів та конструкції виробів. Сучасна піротехніка грунтується на всі досягнення хімічних, фізичних і спеціальних військових наук. Основна увага сучасних піротехніків направлено на вивчення фізико-хімічних процесів, що відбуваються при дії складів, властивостей компонентів, на науково обгрунтований вибір нових запальних засобів і конструкцій піротехнічних виробів.
1 Літературний огляд
1.1 Загальні відомості про піротехнічних складах
1.1.1 Основні поняття
Піротехніка - спеціальна галузь техніки, до якої належать області виробництво і вивчення різних речовин і сумішей речовин, що утворюють при згоранні кольоровий або яскравий білий вогонь, дим, або дають звукові ефекти і запальне дію [1].
Слово «піротехніка» походить від грецьких слів «бенкет» (вогонь) і «техне» (мистецтво, ремесло) і означає вміння виготовляти горючі вироби [1].
Всі піротехнічні вироби, можна розділити на дві основні групи: вироби військової піротехніки і вироби мирної піротехніки. Військова піротехніка займається вивченням та виготовленням освітлювальних, запалювальних, сигнальних, трасуючих і імітаційних засобів. Мирна піротехніка займається вивченням та виготовленням засобів для феєрверків [1]. У кожну з перерахованих груп входять різні вироби.
1.1.2 Принцип дії піротехнічних виробів
Піротехнічний ефект досягається в результаті хімічної реакції горіння. Горіння являє собою реакцію з'єднання горючої речовини з киснем. При цій реакції зазвичай відбувається значне підвищення температури та освіта полум'я або виділення диму [2].
Горючі речовини відрізняються один від одного здатністю з тією чи іншою активністю з'єднуватися з киснем; від їх активності залежать сила світла полум'я і кількість виробленого тепла. Кількість газоподібних і твердих продуктів, які утворюються в результаті реакції, залежить від властивостей реагуючих речовин. Для горіння необхідний кисень. Отже, для одержання необхідного ефекту піротехнічні вироби слід спалювати на відкритому повітрі або вводити в суміш з пальним речовина, багате киснем і здатне легко його віддавати. Кисню повітря зазвичай буває недостатньо для одержання необхідного ефекту, тому в склади для піротехнічних виробів вводять речовини, багаті киснем - окислювачі [2].
Як горючих речовин застосовуються деякі метали, сірчисті сполуки, органічні сполуки та ін Як окислювачів застосовуються солі хлорноватої, азотної та інших кислот, деякі оксиди металів і пр. При взаємодії пального і окислювача, застосовуючи різні компоненти, тобто складові частини суміші, і змінюючи їх кількісні співвідношення, можна змінювати протягом реакції відповідно до тих вимог, які пред'являються до виробу.
Суміш з окислювача і пального називають основною подвійний сумішшю. Для отримання різних за дією складів до основної суміші додаються різні компоненти або змішуються різні основні суміші [2].
Таким чином, можна отримати багато різноманітних за властивостями сумішей, або так званих піротехнічних складів.
1.1. 3 Горіння складів
У формі горіння можуть протікати високоекзотерміческіе хімічні реакції. Спостережуване при цьому в більшості випадків освіта полум'я (або світіння) не є, однак, неодмінною ознакою горіння; так, наприклад, при горінні димових складів полум'я і виділення світла не спостерігається [3].
Процес горіння характеризується:
наявністю рухомої зони реакції, що має високу температуру (сотні і тисячі градусів) і відокремлює ще не прореагували (холодні) речовини від продуктів реакції;
відсутністю стрибка тиску в зоні реакції (в полум'я): цим процеси горіння істотно відрізняються від процесів вибуху [3].
Горіння піротехнічного складу - це окислювально-відновна реакція, в якій окислення горючих йде одночасно з відновленням окислювачів.
За ступенем гомогенності початкової системи розрізняють кілька видів горіння:
горіння твердого або рідкого палива за рахунок кисню повітря - гетерогенне горіння;
горіння вибухових газових (або рідких) сумішей або індивідуальних вибухових речовин - горіння гомогенне [4].
Піротехнічні склади являють собою механічні суміші твердих тонко подрібнених компонентів, за ступенем гомогенності вони знаходяться посередині між конденсованим паливом та індивідуальними речовинами (або гомогенними сумішами) [4]. Ступенем гомогенності визначаються багато властивостей піротехнічних складів.
Горіння піротехнічних складів здійснюється теплопередачею із зони реакції до шарів, в яких йде підготовка до процесу горіння. На тому ж принципі засновано і займання піросоставов. Для виникнення горіння необхідно створити місцеве підвищення температури в складі, що досягається звичайно безпосереднім впливом на склад гарячих порохових газів або застосуванням спеціальних запалювальний складів [2].
Коли піросостав приводиться в дію вогневим імпульсом і гірські його відбувається у відкритому просторі, то швидкість горіння його невелика (зазвичай кілька мм / с) [2].
Якщо ж горіння відбувається в замкнутому просторі або якщо як ініціатора використовується капсуль-детонатор, то може виникнути вибух, швидкість якого вимірюється сотнями, а іноді й тисячами м / с [2].
У деяких випадках прискорення горіння спостерігається і при згорянні у відкритому просторі великої кількості піротехнічних складів.
1.1.4 Призначення компонентів в піротехнічних складах
У піротехнічні склади входять наступні компоненти:
а) горючі;
б) окислювачі;
в) сполучні (цементаторов) - органічні полімери, що забезпечують механічну міцність ущільнених (спресованих) складів;
г) прискорювачі і сповільнювачі горіння;
д) флегматизатора - добавки, що зменшують чутливість складів до тертя або удару;
е) речовини технологічного призначення (жируючі добавки, розчинники для сполучних і ін) Крім того, в склади сигнальних вогнів вводяться речовини, що повідомляють забарвлення полум'я, а в димові склади - димоутворювальною речовини [5].
У деяких випадках один і той же компонент може виконувати в складі кілька різних функцій. Так сполучні речовини завжди виконують у складі функції горючих, а іноді і сповільнювачів горіння. А, наприклад, в сигнальних складах нітрат стронцію є окислювачем і одночасно повідомляє червоне забарвлення полум'я.
1.2 Неорганічні солі в якості компонентів піротехнічних складів
Неорганічні солі в піротехніці можуть грати роль окислювачів, горючих або повідомляють забарвлення полум'я речовин. Для розгляду, як приклад, наведемо найважливіші з них і конкретно вкажемо їх призначення.
1.2.1 Окислювачі
Суміш пального з окислювачем є основою будь-якого піротехнічного складу.
Згорання горючих речовин на повітрі протікає зазвичай повільніше, ніж згоряння їх за рахунок кисню окислювача, і тому суміші, що не містять в собі окислювача, використовуються піротехніками рідше, ніж склади з окислювачами [5].
Крім кисневих сполук, як окислювачі використовуються іноді і речовини, що не містять в собі кисню [5].
Окислювачами можуть бути і прості речовини - неметали, що знаходяться при звичайних умовах у твердому стані [5].
Так, у формі горіння можуть протікати реакції сполучення між висококалорійними металами (Mg, Al, Zr тощо) і такими неметалами, як сірка, фосфор, а також азот, вуглець і бор [1]. Проте використання реакцій такого типу обмежена. У деяких багатокомпонентних освітлювальних і запальних складах використовується реакція [5]:
2Al +3 S = Al 2 S 3 +140 ккал (582 кДж), (1.1)
що відповідає виділенню 0,9 ккал (3,75 кДж) на 1 г суміші [5].
З складних речовин в якості окислювачів можуть бути використані тільки ті, для розкладання яких із кисню, галогенів або сірки потрібно значно менше тепла, ніж виділяється при окисленні пального. Винятком є той випадок, коли утворюється суспензія тонкодисперсного порошку пального в повітрі [5].
У спеціальних піротехнічних сумішах окислювачами можуть служити галогеніди, а також сульфіди і нітриди малоактивних металів (міді, свинцю та ін.) З'єднання магнію або алюмінію з азотом протікає з виділенням цілком відчутної кількості тепла [5]:
3Mg + N 2 = Mg 3 N 2 +115 ккал (482кДж), (1.2)
що відповідає 1,14 ккал (4,76. кДж) на 1 г суміші реагуючих речовин [5].
Таким чином, цілком можливо, що здатними до горіння виявляться суміші Mg або А l з деякими багатими азотом органічними сполуками (наприклад, гуанідинів CN 3 H 5). Також, очевидно, будуть здатні до горіння і суміші Mg або А l з комбінованим сірчано-азотним балансом, наприклад суміш з тіомочавіной [5]:
(NH 2) 2 C + S +4 Mg = Mg 3 N 2 + MgS +2 H 2 (1.3)
Далі будуть розглянуті тільки ті сполуки, окислювальна дія яких обумовлюється містяться в них киснем.
Легкість відщеплення кисню від молекул окислювачів пояснюється порівняно малою міцністю безпосереднього зв'язку між киснем і іншими атомами, наприклад, хлором, азотом [1].
За хімічним складом окислювачі, що застосовуються в піротехніці, можна розділити на такі основні групи: 1) хлорати, 2) перхлорати; 3) нітрати; 4) оксиди металів [1].
Деякі з окислювачів одночасно служать і носіями кольоровості піротехнічного полум'я. Вони називаються цветнопламеннимі окислювачами. До них належать, наприклад, хлорат барію і нітрат стронцію.
1.2.1.1 Хлорати
Хлорати є солі хлорноватої кислоти HClO 3.
Хлорноватої кислота з'єднання нестійке, швидко розкладається; при розкладанні її виділяється газ ClO 2 (двоокис хлору), який на повітрі підпалює такі речовини, як бавовна, папір, дерево [3].
Хлорноватої кислота з різними металами утворює солі. У піротехніці застосовуються, головним чином, хлорноватокіслий калій KClO 3 та хлорноватокіслий барій Ba (ClO 3) 2 · H 2 O, рідше застосовується хлорноватокіслий натрій NaClO 3, що відрізняється порівняно великою гігроскопічністю [3].
Всі хлорати розкладаються, виділяючи тепло і вільний кисень.
Хлорноватокіслий калій (бертолетова сіль) KClO 3 (молекулярна вага 122,56) вперше був отриманий вченим Бертолле, на ім'я якого і називається [3].
Хлорат калію виходить хлоруванням вапна з наступним обмінним розкладанням хлорноватокіслого кальцію з солями калію за рівняннями [3]:
6Ca (OH) 2 + 2 = 6Cl Ca (ClO 3) 2 + 5CaCl 2 + 6H 2 O, (1.4)
Ca (ClO 3) 2, + 2KCl = CaCl 2 + 2KClO 3. (1.5)
Отриманий таким чином хлорноватокіслий калій у разі потреби може бути очищений перекристалізацією з гарячої води [3].
Хлорат калію насилу розчиняється у воді при низьких температурах; при охолодженні гарячого концентрованого розчину хлорат калію викристалізовується. На вигляд він представляє собою дрібні білі ромбічні кристали. Температура плавлення 357,1 ° С, температура розкладання 364 ° С. При цій температурі хлорат калію розкладається порівняно повільно, частина кисню, що виділяється при розкладанні K З lO 3, окисляє залишився розклалися K З lO 3 в з'єднання K З lO 4 (хлорнокіслий калій) за рівнянням [3]:
4KClO 3 = 3KClO 4 + KCl + Q, (1.6)
де Q - Тепло, що виділяється при розкладанні [3].
У присутності домішок, що грають роль каталізаторів розкладання (наприклад, деякі оксиди металів, пісок, скло тощо), або речовин, здатних легко окислюватися (горючих), хлорат калію розкладається дуже енергійно; реакція йде з виділенням великої кількості кисню за рівнянням [3 ]:
2 KClO 3 = 2 KCl + 3 O 2 + Q. (1.7)
Реакція розкладання хлорату калію екзотермічни.
У присутності домішок хлорат калію розкладається настільки енергійно, що іноді викликає вибух. Суміш бертолетової солі з горючими речовинами легко запалюється від дії невеликої кількості концентрованої сірчаної кислоти. Це явище пояснюється тим, що при дії сірчаної кислоти на бертолетову сіль виділяється вільна хлорноватої кислота, яка розкладається з утворенням двоокису хлору. Остання, як зазначено вище, має властивість запалювати горючі речовини [3].
Реакцію освіти ClO 2 можна представити рівняннями [3]:
2KClO 3 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2HClO 3, (1.8)
3HClO 3 = 2ClO 2 + HClO 4 + H 2 O. (1.9)
Ця реакція використовується в піротехніці для займання деяких складів.
Хлорат калію в чистому вигляді негігроскопічен. Однак домішки, зокрема, хлористого кальцію, викликають деяку його гігроскопічність [2].
Хлорат калію застосовується в піротехніці як окислювач, головним чином, в цветнопламенних складах. Склади з бертолетової сіллю дуже чутливі до механічних впливів. Тому робота з такими складами вимагає обережності, чистоти і акуратності [2].
Хлорноватокіслий барій Ва (С l О 3) 2 · Н 2 О (молекулярна вага 322,29) виходить із природного мінералу вітериту дією на нього хлору при нагріванні (може бути також отриманий електролізом з насиченого при 75 ° С розчину хлористого барію BaCl 2) [3].
Хлорат барію розчиняється у воді, розчинимо в спирті, кристалізується в прозорі призматичні кристали, при температурі 300 - 310 ° C розкладається, в сухому вигляді при нагріванні до високої температури підриває [3].
Реакція розкладання хлорату барію проходить аналогічно розкладанню хлорату калію за рівнянням [3]:
Ba (ClO 3) 2 = BaCl 2 + 3 O 2 + Q. (1.10)
В суміші з горючими хлорат барію дає енергійну спалах; склади з хлоратом барію чутливі до механічних впливів [3].
Полум'я, утворене складами з хлоратом барію, має яскраво-зелене забарвлення. Отже, хлорат барію в складах є одночасно окислювачем і носієм кольоровості.
Хлорат барію застосовується, головним чином, для складів зеленого вогню. При роботі з ним слід застосовувати ті ж заходи безпеки, що і при роботах з хлоратом калію [2].
1.2.1.2 Перхлорати
Перхлорати - солі хлорної кислоти HClO 4. Хлорне кислота у вільному стані надзвичайно нестійка: на повітрі димить, легко підриває в присутності горючих речовин, запалює папір, дерево. Водний розчин її безпечний [6].
Солі хлорної кислоти - перхлорати - більш стійкі, ніж хлорати. Це пояснюється тим, що реакція розкладання перхлоратов відбувається з поглинанням тепла. У піротехніці застосовується перхлорат калію [6].
Перхлорат калію (або хлорнокіслий калій) KClO 4 (молекулярна вага 138,56) являє собою білий кристалічний порошок, слабко розчиняється у воді і негігроскопічні. При температурі 420 ° С починає розкладатися за рівнянням [6]:
4 KClO 4 = 2 KClO 3 + 2 KCl + 5 O 2. (1.11)
При більш енергійному нагріванні або в суміші з горючими речовинами розкладання перхлорату калію йде з утворенням хлористого калію і кисню за рівнянням [6]:
KClO 4 = KCl + 2 O 2 - Q, (1.12)
де Q - Кількість тепла, необхідну для розкладання перхлорату, так само 7,8 кг-кал. [6].
Склади з перхлоратом менш чутливі до механічних впливів, ніж склади з хлоратом [2].
Перхлорат калію застосовується як окислювач, він надає більш спокійне горіння, ніж хлорат калію. Робота з ним вимагає тих самих заходів безпеки, що і з хлоратом. Перхлоратниє склади володіють чутливістю до тертя і удару, хоча і в меншій мірі, ніж хлоратниє. Висока вартість перхлорату калію обмежує його застосування [2].
1.2.1.3 Нітрати
Нітрати є солі азотної кислоти. Азотна кислота - дуже важливий для техніки продукт; вона застосовується в багатьох галузях хімічної промисловості. Дією азотної кислоти на деякі органічні продукти виходять нітропохідні, службовці для приготування вибухових речовин, барвників та ін [3].
Всі нітрати є хорошими окислювачами; вони легко віддають свій кисень, виділяючи азот, різні його оксиди, або аміак (залежно від умов реакції). Нітрати більш стійкі в хімічному відношенні, ніж хлорати, але також утворюють з горючими речовинами легко займисті суміші [3].
У піротехніці здебільшого застосовуються нітрати калію, барію, стронцію, рідше - натрію.
Розкладання нітратів відбувається з поглинанням тепла [3].
Нітрат калію або калієва селітра KNO 3 (молекулярна вага 101,1) утворюється в грунті при гнитті органічних сполук [3].
Технічний нітрат калію можна отримати реакцією обмінного розкладання нітрату натрію і хлористого калію або з синтетичної азотної кислоти [3].
Нітрат калію - білий порошок або безбарвні кристали ромбічної системи; легко розчинний у воді. Температура плавлення 337 ° С, температура розкладання 400 ° С [3].
Нітрат калію розкладається з виділенням частини міститься в ньому кисню за рівнянням [3]:
4 KNO 3 = 2 K 2 O + 2 N 2 + 5 O 2. (1.13)
Таким чином, нітрат калію містить 39,6% активного кисню, а загального кисню 47,5%. Вирізняється кисень використовується на окислення горючих у складах. Зазвичай нітрат калію містить домішки нітрату натрію, хлористих калію і натрію, які у великій мірі підвищують його гігроскопічність. Тому в нітраті калію, що застосовується в піротехніці, чистого продукту має бути не менше 99,0% [3].
Калієва селітра застосовується як окислювач у багатьох піротехнічних складах. Внаслідок порівняно більшої стійкості нітратів склади з ними володіють меншою чутливістю до механічних впливів, ніж хлоратниє, і дають можливість при відповідних запобіжних заходах легше механізувати виробничі процеси, ніж у випадку застосування хлоратов [3].
Нітрат натрію, або натрієва селітра NaNO 3 (молекулярна вага 85) утворюється в природі так само, як і калієва селітра. Природні родовища знаходяться в Чилі і Перу, чому нітрат натрію часто називають чилійської селітрою. У Росії видобувається на Кавказі [3].
Нітрат натрію - безбарвні кубічні кристали; після подрібнення вони мають вигляд білого порошку [3].
Натрієва селітра значно дешевше, ніж калієва, однак нітрат натрію добре розчинний у воді і дуже гігроскопічний, тому їм не можна замінити нітрат калію при виробництві пороху [3].
Нітрат натрію розкладається аналогічно нітрату калію за рівнянням [3]:
4 NaNO 3 = 2 Na 2 O +5 о 2 +2 N 2. (1.14)
Натрієва селітра в сумішах з горючими забарвлює полум'я у жовтий колір і могла б застосовуватися в піротехніці як цветнопламенного окислювача, однак цьому перешкоджає велика її гігроскопічність [2].
Нітрат барію Ba (NO 3) 2, (молекулярна вага 261,39) виходить при реакції обмінного розкладання між хлористим барієм в розчині і нітратом натрію при 80-90 ° С; є безколірні октаедричні кристали, що перетворюються при подрібненні в білий порошок; в воді мало розчинний, негігроскопічен; температура плавлення 593 ° С. При більш високій температурі розкладається, виділяючи кисень, за рівнянням [3]:
2 Ba (NO 3) 2 = 2 BaO + 2 N 2 + 5 O 2. (1.15)
При цій реакції поглинається тепло.
При горінні сумішей нітрату барію з горючими полум'я забарвлюється в зелений колір.
Нітрат барію служить окислювачем у багатьох піротехнічних, особливо освітлювальних складах. Склади з нітратом барію значно менш чутливі, ніж з окислювачами, зазначеними вище. У деяких випадках азотнокислий барій застосовується у складах в суміші з іншими, більш активно діючими окислювачами [2].
Нітрат стронцію Sr (NO 3) 2 (молекулярна вага 211,62) цветнопламенний окислювач, що забарвлює полум'я в густій і яскравий червоний колір. Він дуже гігроскопічний, до того ж різні домішки збільшують його гігроскопічність, тому в піротехніці він застосовується порівняно мало [3].
Нітрат стронцію - біла кристалічна речовина з температурою плавлення 645 ° С [3].
1.2.1.4 Окислювачі інших груп
У піротехніку можна використовувати окислюють дію також і деяких солей - марганцевокаліевой і двухромовокіслих.
Марганцевокаліевая сіль KMnO 4 - Калієва сіль марганцевої кислоти HMnO 4 [2].
Марганцевокаліевая сіль або перманганат калію легко розкладається, виділяючи кисень, а тому використовується в якості окислювача. При нагріванні суха KMnO 4 розкладається за рівнянням [2]:
2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2, (1.16)
а при нагріванні до 700-750 ° С розкладається і марганцевістокаліевая сіль - манганат калію K 2 MnO 4, також виділяючи кисень [2].
Перманганат калію розкладається з виділенням різних продуктів реакції і різної кількості кисню в залежності від того, в кислому або лужному середовищі протікає реакція [2].
Реакція в лужному середовищі протікає спочатку з виділенням марганцевістокаліевой солі, яка потім розкладається, даючи двоокис марганцю і кисень, тобто за рівняннями [2]:
2 KMnO 4 + 2 KOH → 2 K 2 MnO 4 + H 2 O + (О) (1.17)
2 K 2 MnO 4 + 2 H 2 O → 2 MnO 2 + 4 KOH + (2О) (1.18)
_________________________________________________________
2 KMnO 4 + H 2 O → 2 MnO 2 + 2 KOH + 3 (О) (1.19)
У кислому середовищі реакція проходить з утворенням вільної марганцевої кислоти, яка розкладається, виділяючи кисень. Реакції можна виразити рівняннями [2]:
2 KMnO 4 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2 HMnO 4 (1.20)
2 HMnO 4 + 2 H 2 SO 4 = 2 MnSO 4 + 3 H 2 O + 5 (О) (1.21)
___________________________________________________ ______________
2 КМ nO 4 + 3H 2 SO 4 = MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O + 5 (O) (1.22)
Таким чином, 2 моль марганцевокаліевой солі в кислому середовищі виділяють 5 атомів кисню, а в лужному середовищі - 3 атома.
З двухромовокіслих солей іноді застосовують дихромати натрію Na 2 Cr 2 O 7 і калію K 2 Cr 2 O 7, що виділяють кисень при дії мінеральних кислот [2].
Ці солі виходять дією мінеральних кислот на хромовокіслие солі (наприклад, Na 2 CrO 4). Двухромовокіслий калій називається також хромпиком. Вихідним продуктом для отримання двухромовокіслих солей служить хромовий залізняк FeCrO 4, який зустрічається в природі, наприклад, в Росії на Уралі [2].
Піротехніка може розташовувати великою кількістю різноманітних окислювачів. Залежно від того, які властивості повинен мати склад, можна застосувати окислювач тієї чи іншої групи.
1.2.1. 5 Вибір піротехнічних окислювачів
Окислювач повинен бути твердим речовиною з температурою плавлення не нижче 50-60 ° С і мати такими властивостями:
містити максимальну кількість кисню;
легко віддавати кисень при горінні складу;
бути стійким в інтервалі температур від -60 ° С до +60 ° С і не розкладатися від дії води;
бути по можливості малогігроскопічний;
не чинити токсичної дії на людський організм [5].
Однак іноді у складах застосовуються окислювачі, які не володіють всіма перерахованими властивостями: наприклад, NаNО 3 або NaC l О 4 вельми гігроскопічні.
Особливу увагу слід звертати на те, щоб склади, виготовлені із застосуванням обраного окислювача, не були надмірно чутливі до механічних імпульсів і не володіли значними вибуховими властивостями [5].
При виборі окислювача для полум'яних складів слід враховувати інтенсивність випромінювання продуктів розпаду окислювача в різних частинах спектра. У складах сигнальних вогнів не можна вживати окислювачі, які змінювали б забарвлення полум'я, наприклад, в склади червоного, зеленого і синього вогнів не можна вводити солі натрію [5].
Надзвичайно важливо також, щоб окислювач забезпечував необхідну швидкість горіння складу.
Властивості найбільш важливих окислювачів, використовуваних в піротехніці, наведені в таблиці 1.1 [1].
Таблиця 1.1 Властивості найбільш важливих піротехнічних окислювачів
Найменування окислювача
Формула
Моле-куляр-ний вага
Теплота образо-вания, кал
Темпера-тура плавлення t пл, ° С
Температура розкладання t разл, ° С
Примітка
Хлорат калію
KClO 3
122,56
89,6
357
364
Хлорат барію
Ba (ClO 3) 2 · H 2 O
322,29
173,9
-
300
Хлорат натрію
NaClO 3
106,46
82,3
255