Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №7

(5) NH₄NO₃ = NH₃ + HNO₃ — 174,4 кДж.

При 200 °C давление паров над нитратом аммония составляет уже 839 Па и равновесие заметно сдвинуто вправо. При более высокой температуре начинаются реакции аммиака с азотной кислотой. Но этим экзотермическим реакциям предшествует эндотермическая стадия возгонки, охлаждающая поверхность горящей смеси. В результате смеси на основе нитрата аммония горят очень медленно, хотя и детонируют. Что ж, придется для будущих фейерверков доставать нитрат калия. В продаже встречаются удобрения — натриевая и аммиачная селитры. Их можно использовать для приготовления калиевой селитры.

Для того чтобы получить нитрат калия из аммиачной селитры, удобнее всего использовать карбонат калия (поташ), который продается в фотомагазинах. Приготовьте насыщенные растворы из рассчитанных количеств солей, слейте их и кипятите под тягой или на открытом воздухе:

(6) 2NH₄NO₃ + К₂СО₃ = 2KNО₃ + 2NH₃ — + СО₂ — + Н₂О

Кстати, эта реакция происходила и в древних ямах-селитряницах, где органические остатки были перемешаны с золой, содержащей много поташа.

Необходимые данные, для того чтобы получить нитрат калия из натриевой селитры, есть в задаче для 8-го (теперь 9-го класса). Попробуйте решить эту задачу самостоятельно.

В вашем распоряжении есть хлорид калия, карбонат калия и нитрат натрия. Растворимость солей (г соли на 100 г воды) при разных температурах приведена в таблице:

ЗАНЯТИЕ № 9

В прошлый раз мы рассказали о том, как выбрать окислитель для черного пороха. Но кроме окислителя вам понадобятся два восстановителя — древесный уголь и сера. Для производства пороха нужен хорошо прокаленный, активированный уголь не пригоден, уж больно важны органические и минеральные примеси, которые содержатся в недожженном угле, они служат катализаторами протекающих реакций. Чтобы приготовить древесный уголь, вам потребуется древесина лиственных пород (ветки ольхи, липы, ивы, тополя, наломанные весной). Одна или несколько высоких жестяных (не алюминиевых) консервных банок с отогнутыми, но не оторванными крышками и, разумеется, костер. Заполните банки плотно ветками без коры и прикройте крышками, оставив очень небольшие щели. Поставьте банки в середину хорошо прогоревшего костра, в котором много тлеющих углей. Допустимый нагрев банки — до еле заметного красного каления стенок. После того как перестанут гореть газы и пары, выходящие из щели, банку можно вынимать из костра. Скорее всего, у вас получится бурый уголь (см. таблицу).

После второй-третьей попытки у вас будет получаться равномерно обожженный уголь достаточно высокого качества. В прошлом веке, используя древесный уголь с невысокой степенью обжига ("шоколадный"), производили двухкомпонентный порох, состоящий из калиевой селитры и древесного угля. Состав его определяется формальным уравнением горения:

(7) 2KNО₃ + 4С = К₂О + N₂ + 3СО + СО₂

На самом деле реакция гораздо сложнее. Более ранние и более традиционные, в том числе использующиеся сегодня черные пороха содержат легколетучее горючее с достаточно высокой теплотой сгорания — серу. Элементарная сера плавится при 119,3 °C, кипит при 444,6 °C, а уже при 260 °C давление ее паров составляет 10 мм. рт. ст. Большинство горючих соединений вспыхивает от внешнего пламени, если давления их паров соответствуют 10–30 мм. рт. ст. Следовательно, в смеси серы, калиевой селитры и угля температура вспышки серы достигается до плавления селитры (336 °C). Температура воспламенения такой смеси будет меньше зависеть от степени обжига угля. Чтобы получить хорошо хранящуюся горючую смесь, пользуйтесь только крупнокристаллической серой. Мелкие порошки (серный цвет, коллоидная сера) обычно загрязнены серной кислотой.

Эксперимент 7. Но вначале давайте повторим правила техники безопасности:

Пользуйтесь только фарфоровыми ступками. Следите, чтобы ступки были чистыми. Не растирайте окислители вместе с восстановителями (кроме специально оговоренных случаев). Надписывайте банки, в которых храните реактивы и смеси. Не проводите эксперименты ближе двух метров от горючих материалов. Поджигайте только небольшие (0,1 г) образцы смеси.

Итак, добавьте к смеси нитрата калия с углем (в соотношении 4:1) предварительно растертую серу (около 10 % от массы смеси). Затем предельно осторожно разотрите смесь с серой, не допуская ударов (иначе возможен взрыв!). Попробуйте теперь сжечь стандартный (0,1 г) образец.

ОСТОРОЖНО! Если смесь растерта тщательно, она сгорает очень быстро — можно сжечь щепотку на куске бумаги, и бумага почти не обуглится. Ну вот, вы и "изобрели" классический, черный порох!

ЭЛЕКТРОНИКА

Как воруют электричество^[223]

ЧАСТЬ 1. ГЕНЕРАТОР.

Устройство предназначено для отмотки показаний индукционных электросчетчиков без изменения их схем включения. Применительно к электронным и электронно-механическим счетчикам, в конструкцию которых заложена неспособность к обратному отсчету показаний, устройство позволяет полностью остановить учет до мощности потребления в несколько кВт. При указанных на схемах элементах устройство рассчитано на номинальное напряжение сети 220 В и мощность отмотки 2 кВт. Применение других элементов позволяет соответственно увеличить мощность.

Устройство, собранное по предлагаемой схеме, просто вставляется в розетку и счетчик начинает считать в обратную сторону. Вся электропроводка остается нетронутой. Заземление не нужно.

Теоретические основы

Работа устройства основана на том, что датчики тока электросчетчиков, в том числе и электронных, содержат входной индукционный преобразователь, имеющий низкую чувствительность к токам высокой частоты. Этот факт позволяет внести значительную отрицательную погрешность в учет, если потребление осуществлять импульсами высокой частоты. Другая особенность — счетчик является реле направления мощности, т. е если с помощью какого-либо источника (например дизель-генератора) питать саму электрическую сеть, то счетчик вращается в обратную сторону.

Перечисленные факторы позволяют создать имитатор генератора. Основным элементом такого устройства является конденсатор соответствующей емкости. Конденсатор в течение четверти периода сетевого напряжения заражают от сети импульсами высокой частоты. При определенном значении частоты (зависит от характеристик входного преобразователя счетчика), счетчик учитывает только четверть от фактически потребленной энергии. Во вторую четверть периода конденсатор разряжают обратно в сеть напрямую, без высокочастотной коммутации. Счетчик учитывает всю энергию, питающую сеть. Фактически энергия заряда и разряда конденсатора одинакова, но полностью учитывается только вторая, создавая имитацию генератора, питающего сеть. Счетчик при этом считает в обратную сторону со скоростью, пропорциональной разности в единицу времени энергии разряда и учтенной энергии заряда. Электронный счетчик будет полностью остановлен и позволит безучетно потреблять энергию, не более значения энергии разряда. Если мощность потребителя окажется большей, то счетчик будет вычитать из нее мощность устройства.

Фактически устройство приводит к циркуляции реактивной мощности в двух направлениях через счетчик, в одном из которых осуществляется полный учет, а в другом — частичный.

Принципиальная схема устройства

Устройство состоит из четырех модулей, принципиальные схемы которых приведены на рис. 1–4.

Интегратор (рис. 1) предназначен для выделения из сетевого напряжения сигналов, синхронизирующих работу других модулей. Это прямоугольные импульсы уровня ТТЛ на выходах С1 и С2.