Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №12
Шрифт:
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
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
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.
Qг.с. = Q п.г.– Qк.с.
где Q г.с. — теплота горения состава; Q п.г. — теплота образования продуктов горения состава; Qк.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 Qк.с. = Ва(NО3)2 = 237 ккал:
Qк.с. ОБЩЕЕ = 237 ккал • 3 = 711 ккал
Теплота горения состава:
Qг.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.