Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №12

— хлорат калия… 60%

— оксалат натрия… 25%

— шеллак… 15%

Из таблицы 1 и 5 находим, что для сгорания в углекислый газ и воду 0,47 г шеллака или 8,37 г оксалата натрия необходимо 2,55 г хлората калия, следовательно, для сгорания 15 г шеллака требуется (2,55•15)/0,47 = 81,5 г хлората калия, а для сгорания 25 г оксалата натрия требуется (2,55•25)/8,37 = 7,6 г хлората калия.

Коэффициент обеспеченности состава окислителем: k = 60/(81.5 + 7.6) = 0.67

Значение кислородного баланса: n = (60 — (81.5 + 7.6))/2.55 = -11.4 г O₂

Расчет металлогалогенных составов

В металлогалогенных составах роль окислителя выполняет хлор или фторорганическое соединение, а роль горючего — активный металл.

Окислитель берется в таком количестве, чтобы содержащегося в нем хлора или фтора хватило на полное окисление металла до высшего хлористого или фтористого соединения.

Например:

С₂Сl₆ + 3Zn = 2С + 3ZnCl₂

Для расчетов используется таблица 6*, в которой указывается количество окислителя отдающего при распаде 1 г хлора или фтора и количество металла, соединяющегося с 1 г галогена.

Пример: Рассчитать содержание компонентов в двойной смеси гексохлорэтаналюминий, используя данные таблицы 6:

— Гексахлорэтан… 1,11 г

— Алюминий… 0,27 г

Всего смеси… 1,38 г

Или в процентах: гексахлорэтан (1,11•100)/1,38 = 80,5 %, алюминий 100 — 80,5 = 19,5%

Пример: рассчитать состав зеленого огня повышенной цветности, содержащий нитрат бария-гексахлорэтан-магний. Известно, что для получения пламени хорошей цветности с окислителями нитратами содержание хлорорганических соединений в составе должно быть не менее 15%

Решение: на соединение с 15 % С₂Сl₆ потребуется (смотри таблицу 6) (15•0,34)/1,11 = 4,6 % магния.

Разлагаясь, гексахлорэтан образует (15•24)/234 = 1,5 % углерода, который должен быть окислен как минимум СО. Пользуясь таблицами 1 и 5 находим в них цифры 3,27 и 0,75 и из пропорции 0,75/3,27 = 1,5/х вычисляем необходимое для окисления углерода количество нитрата бария, х = 6,5 %.

Теперь известно, что в 100 г состава должно содержаться 15 г С₂Сl₆ + 4,6 г Mg + 6,5 г Ba(NO₃)₂

Узнаем сколько граммов состава приходится на двойную смесь

Ba(NO₃)₂ + Mg: 100 — 15 — 4,6–6,5 = 73,9 г.

Пользуясь таблицами 1 и 4, находим, что в 73,9 г смеси содержится (3,27•73,9)/(3,27 + 1,52) = 48,7 г Ba(NO₃)₂ и 25,2 г Mg.

Подведя итог, получаем рецепт:

Нитрат бария… 48,7 + 6,5 = 55,2%

Гексахлорэтан… 15%

Магний… 25,2 + 4,6 = 29,8%

Образующийся при обменной реакции в пламени ВаСl₂, придает пламени зеленую окраску.

При добавлении в полученный состав цементатора шеллака, на основании данных из таблиц 1 и 5 находим, что 5 % шеллака требуют для сгорания (3,27•5)/0,80 = 20,4 % Ba(NO₃)₂

В 100 г состава смеси нитрат бария + шеллак будет 20,4 + 5 = 25,4 г.

Уменьшим в предыдущем составе количество двойной смеси нитрат бария + магний на полученную величину 73,9 — 25,4 = 48,5 г и находим, что в 48,5 г смеси нитрат бария + магний содержится 32,0 г нитрата бария и 16,5 г магния, суммируя данные — получаем новый рецепт:

Нитрат бария… 6,5 + 20,4 + 32 = 58,9%

Гексахлорэтан… 15%

Магний… 4,6 + 16,5 = 21,1%

Шеллак… 5%

Во фторметаллических составах роль окислителя выполняют фториды малоактивных металлов или фторорганические соединения (тефлоны, фторопласты, фторлоны).

Рассмотрим пример составления рецептов фторметаллических составов, пользуясь данными таблицы 7*.

Рассчитать двойную смесь тефлона с магнием.

Решение: на соединение с 1,32 г тефлона потребуется 0,64 г магния. Всего смеси 1,32 + 0,64 = 1,96 г.

Содержание тефлона в смеси будет равно: (1,32•100)/1,96 = 67,3%

Содержание магния: 100 — 67,3 = 32,7%

ТЕПЛОТА ГОРЕНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ

Вычисление теплоты горения составов производят на основании закона Гесса, который может быть сформулирован так: количество тепла, выделяющееся при химической реакции, зависит от начального и конечного состояния системы и не зависит от пути протекания реакции.

Из закона Гесса следует, что теплота образования из элементов продуктов горения пиротехнического состава, равна сумме теплот образования компонентов состава, к которой следует добавить количество тепла, выделяющегося при горении состава. Следовательно, теплота реакции горения определяется как разность между теплотой образования продуктов горения и теплотой образования компонентов состава.

Q_г.с. = Q _п.г.– Q_к.с.

где Q _г.с. — теплота горения состава; Q _п.г. — теплота образования продуктов горения состава; Q_к.с. — теплота образования компонентов состава

Величины теплот образования продуктов реакции находят в термохимических таблицах справочников Брицке Э.В., Капустинского А.Ф. Карапетьянц М.Х. и Карапетьянц М.Л. и других.

Пример: рассчитать теплоту горения смеси:

3Ва(NO₃)₂ + 10Аl = 3ВаО + 3N₂ + 5Аl₂O₃

Теплота образования продуктов горения:

5Аl₂O₃ — 400 ккал * 5 = 2000 ккал

ВаО — 133 ккал * 3 = 399 ккал

_______

Всего (Q _п.г.) = 2399 ккал

Теплота образования компонентов Q_к.с. = Ва(NО₃)₂ = 237 ккал:

Q_к.с. ОБЩЕЕ = 237 ккал • 3 = 711 ккал

Теплота горения состава:

Q_г.с. = 2399 ккал — 711 ккал = 1688 ккал

Сумма по массе Ва(NO₃)₂ и алюминия, вычисленная по молекулярному весу:

М = 261,4•3 + 27•10 = 1054 г

Теплота горения состава: q = 1688/1054 = 1,601 ккал/г

Приведенный метод расчета не дает представления о расходе части тепла на разложение окислителя внутри горящего состава.