Шрифт:
Закладка:
Термическое разложение ПХА при температуре выше 350 °C (температура его горения и взрыва) описывается уравнением:
80NH4ClO4 = 20Cl2 + 16N2O + 20NOCl + 8НСlO4 + 12НСl + 14N2 + 51O2
После дальнейшего повышения температуры и взаимодействия друг с другом продуктов разложения, уравнение приобретает вид:
2NH4ClO4 = Сl2 + O2 + 4Н2O + 2NO и далее
2NH4ClO4 = N2 + 2НСl + 3Н2O + 2,5O2
Тепловыделение при разложении ПХА достаточно значительно и составляет примерно 256 ккал/кг, что позволяет реакции самоподдерживаться вплоть до конечного протекания. Как видно из уравнения реакции, при термическом разложении ПХА высвобождается свободный кислород, который обычно и используется для окисления дополнительного горючего, входящего в перхлоратную пиротехническую смесь. Добавка горючего в этом случае значительно повышает энергетичность реакции, что позволяет увеличить тепловыделение смесей с ПХА до величин около 2600 ккал/кг (смесь ПХА с 17 % металлического бериллия). Кроме ПХА в военной пиротехнике, и очень ограниченно в общей, применяется нитрат аммония (НТА), который с некоторыми поправками подчиняется основным положениям, приведенным выше для ПХА. Катализатором термического разложения НТА являются различные соединения хрома (хроматы и бихроматы металлов) и некоторых других металлов. Термическое разложение НТА описывается реакцией:
NH4NO3 = NH3 + HNO3N2O + 2Н2ON2 + 2Н2O + 0,5O2 + 27 ккал
Общее тепловыделение при НТА значительно и составляет 283 ккал/кг, что позволяет ей самоподдерживаться до конечного протекания. В следствии своей дешевизны НТА, применяется также в народном хозяйстве в качестве взрывчатого вещества в смеси с различными углеводородами (дизтопливо, керосин), металлами (алюминий) и индивидуальными взрывчатыми веществами (тринитротолуол, динитрофенол и другие). Детонация в смесях НТА с указанными веществами возбуждается сравнительно трудно и всегда с применением промежуточного детонатора.
НТА и ПХА, по терминологии автора, являются веществами полувзрывчатыми, то есть способными в определенных условиях к взрывному разложению — горению, проходящему со скоростями от нескольких сотен до нескольких тысяч метров в секунду. Вещества и составы, находящие основное применение в пиротехнике, горят гораздо медленнее, со скоростями от долей миллиметра до десятков сантиметров в секунду.
К полувзрывчатым веществам относятся, в основном, вещества, содержащие в своем составе избыток кислорода, который может быть выделен при нагревании такого вещества от нескольких десятков до сотен градусов, причем разложение вещества должно сопровождаться выделением некоторого количества тепла, то есть реакция разложения должна быть экзотермичной. Полувзрывчатыми веществами являются и вещества, полученные с затратами тепла, в составе которых находятся горючие элементы (углерод, водород) и кислород в количестве достаточном для частичного превращения горючих элементов, обычно, углерода в низшие окислы (СО). Указанные в том и другом случае вещества необходимо считать в большей или меньшей степени полувзрывчатыми, а при оценке их пригодности для приготовления пиротехнических смесей проявлять крайнюю осторожность, так как такие вещества при определенных условиях могут быть взрывоопасными.
Какой же экзотермический эффект реакции при условии выделения избытка кислорода достаточен, чтобы считать вещество полувзрывчатым? Рассмотрим суммарные уравнения реакций разложения некоторых веществ класса окислителей, применяемых в пиротехнике и выделяющих кислород при своем термическом разложении.
1. 2KNO3 = К2O + N2 + 2,5O2 — 151 ккал.
2. КСlO4 = КСl + 2O2 + 0,6 ккал.
3. LiClO4 = LiCl + 2O2 + 5,9 ккал.
4. NaClO4 = NaCl + 2O2 + 10,8 ккал.
5. 2КСlO3 = 2КСl + 3O2 + 15,7 ккал.
6. AgClO4 = АgСl + 2O2 + 22 ккал.
7. 2NaClO3 = 2NaCl + 3O2 + 25 ккал.
8. ВаСlO3 = ВаСl2 + 3O2 + 28 ккал.
Из опытных данных известны взрывчатые свойства веществ за № 5, 6, 7 и 8, а также нитрата аммония. При термическом разложении веществ, имеющих тепловой эффект реакции более 10 ккал, а также при достаточно мощных механических воздействиях на них, можно ожидать взрыва. Однако даже до сих пор, при работе с указанными веществами частенько случаются взрывы, которых можно было бы избежать. Например, чудовищный взрыв расплава хлората калия произошел в Ливерпуле в 1899 году. Известны случаи взрывов перхлората серебра, хотя при работе с соединениями тяжелых металлов, таких как серебро, ртуть, медь, свинец требуется крайняя осторожность. Грандиозные взрывы нитрата аммония прогремели в Оппау в 1921 году и в Техас-сити в 1947 году. Оба взрыва произошли при попытках взрывным способом раздробить слежавшиеся запасы нитрата аммония, используемого в качестве сельскохозяйственного удобрения.
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПИРОТЕХНИЧЕСКИМ СОСТАВАМ И УСТРОЙСТВАМ
Основным требованием, предъявляемым к пиротехническим средствам является, получение от них максимального специального эффекта при наименьшей массе и объеме, а также способность к длительному хранению без потери их свойств. Кроме того, они должны:
1. иметь возможно меньшую чувствительность к несанкционированным механическим и тепловым воздействиям,
2. иметь минимальные взрывчатые свойства, кроме тех случаев, когда это необходимо для достижения максимального специального эффекта,
3. будучи спрессованными, иметь большую механическую прочность,
4. быть дешевым в производстве.
Для изготовления пиротехнических составов необходимо тщательно продумать выбор основных компонентов окислителя — горючего и точно рассчитать соотношение между ними. Таковой расчет значительно усложняется тем, что в большинстве пиротехнических составов кроме основных компонентов присутствуют дополнительные, выполняющие то или иное специальное назначение. В случае составления неклассических составов в большинстве случаев приходиться действовать не столько расчетным, сколько опытным путем.
НАЗНАЧЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ СОСТАВА
Вещества, входящие в пиротехнический состав (смесь) можно разбить на следующие категории.
1. Окислители.
2. Горючие.
3. Цементаторы (склеиватели), обеспечивающие механическую прочность прессованных изделий.
4. Вещества, сообщающие окраску пламени.
5. Дымообразователи (в том числе и цветных дымов).
6. Специальные вещества. В эту категорию входят флегматизаторы, уменьшающие чувствительность смеси к различным воздействиям; стабилизаторы, увеличивающие химическую стойкость смеси; вещества, увеличивающие или замедляющие процесс горения и прочее.
ОКИСЛИТЕЛИ
Смесь горючего с окислителем или их соединение составляет основу всякого пиротехнического состава. Казалось бы, что для получения тепла, необходимого для создания специального эффекта, проще всего сжечь горючее, используя кислород воздуха. Однако горение в воздухе обычно происходит медленнее, чем сгорание горючего в кислороде, содержащемся в окислителе, что не позволяет при горении в воздухе получить значительных плотностей тепловыделения. В связи с этим, сжигание горючих в кислороде воздуха в пиротехнике применяется сравнительно редко, в основном в зажигательных и фотосредствах.
Окислители должны удовлетворять следующим требованиям:
1. Содержать в себе максимальное количество кислорода и достаточно легко отдавать его при горении, при этом не будучи
