Курсовая работа: Неорганические соли в пиротехнической промышленности
2Al+3S = Al2 S3 +140 ккал (582 кДж),(1.1)
что соответствует выделению 0,9 ккал (3,75 кДж) на 1 г смеси [5].
Из сложных веществ в качестве окислителей могут быть использованы только те, для разложения которых с выделением кислорода, галогенов или серы требуется значительно меньше тепла, чем выделяющееся при окислении горючего. Исключением является тот случай, когда образуется взвесь тонкодисперсного порошка горючего в воздухе [5].
В специальных пиротехнических смесях окислителями могут служить галогениды, а также сульфиды и нитриды малоактивных металлов (меди, свинца и др.). Соединение магния или алюминия с азотом протекает с выделением вполне ощутимого количества тепла [5]:
3Mg+N2 = Mg3 N2 +115 ккал (482кДж),(1.2)
что соответствует 1,14 ккал (4,76 .кДж) на 1 г смеси реагирующих веществ [5].
Таким образом, весьма возможно, что способными к горению окажутся смеси Mg или Аl с некоторыми богатыми азотом органическими соединениями (например, гуанидином CN3 H5 ). Также, очевидно, будут способны к горению и смеси Mg или Аl с комбинированным серно-азотным балансом, например смесь с тиомочавиной [5]:
(NH2 )2 C + S+4Mg = Mg3 N2 +MgS+2H2 (1.3)
Далее будут рассмотрены только те соединения, окислительное действие которых обуславливается содержащимся в них кислородом.
Легкость отщепления кислорода от молекул окислителей объясняется сравнительно малой прочностью непосредственной связи между кислородом и другими атомами, например, хлором, азотом [1].
По химическому составу окислители, применяемые в пиротехнике, можно разделить на следующие основные группы: 1) хлораты; 2) перхлораты; 3) нитраты; 4) окислы металлов [1].
Некоторые из окислителей одновременно служат и носителями цветности пиротехнического пламени. Они называются цветнопламенными окислителями. К ним принадлежат, например, хлорат бария и нитрат стронция.
1.2.1.1 Хлораты
Хлораты представляют собой соли хлорноватой кислоты HClO3 .
Хлорноватая кислота соединение неустойчивое, быстро разлагается; при разложении ее выделяется газ ClO2 (двуокись хлора), который на воздухе поджигает такие вещества, как хлопок, бумага, дерево [3].
Хлорноватая кислота с различными металлами образует соли. В пиротехнике применяются, главным образом, хлорноватокислый калий KClO3 и хлорноватокислый барий Ba(ClO3 )2 ·H2 O, реже применяется хлорноватокислый натрий NaClO3 , отличающийся сравнительно большой гигроскопичностью[3].
Все хлораты разлагаются, выделяя тепло и свободный кислород.
Хлорноватокислый калий (бертолетова соль) KClO3 (молекулярный вес 122,56) впервые был получен ученым Бертолле, по имени которого и называется [3].
Хлорат калия получается хлорированием извести с последующим обменным разложением хлорноватокислого кальция с солями калия по уравнениям [3]:
6Ca(OH)2 + 6Cl2 = Ca(ClO3 )2 + 5CaCl2 + 6H2 O,(1.4)
Ca(ClO3 )2 , + 2KCl = CaCl2 + 2KClO3 .(1.5)
Полученный таким образом хлорноватокислый калий в случае надобности может быть очищен перекристаллизацией из горячей воды [3].
Хлорат калия с трудом растворяется в воде при низких температурах; при охлаждении горячего концентрированного раствора хлорат калия выкристаллизовывается. По внешнему виду он представляет собой мелкие белые ромбические кристаллы. Температура плавления 357,1°С, температура разложения 364°С. При этой температуре хлорат калия разлагается сравнительно медленно, часть кислорода, которая выделяется при разложении KСlO3 , окисляет оставшийся неразложившимся KСlO3 в соединение KСlO4 (хлорнокислый калий) по уравнению [3]:
4KClO3 = 3KClO4 + KCl + Q,(1.6)
где Q – тепло, выделяющееся при разложении [3].
В присутствии примесей, играющих роль катализаторов разложения (например, некоторые окислы металлов, песок, стекло и др.), или веществ, способных легко окисляться (горючих), хлорат калия разлагается очень энергично; реакция идет с выделением большого количества кислорода по уравнению [3]:
2KClO3 = 2KCl + 3O2 + Q.(1.7)
Реакция разложения хлората калия экзотермична.
В присутствии примесей хлорат калия разлагается настолько энергично, что иногда вызывает взрыв. Смесь бертолетовой соли с горючими веществами легко воспламеняется от действия небольшого количества концентрированной серной кислоты. Это явление объясняется тем, что при действии серной кислоты на бертолетову соль выделяется свободная хлорноватая кислота, которая разлагается с образованием двуокиси хлора. Последняя, как указано выше, обладает свойством зажигать горючие вещества [3].