Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №7

К влиянию физических факторов можно отнести и то, что пиросмеси будут гореть медленнее, если добавить органические смолы, парафин, канифоль, уротропин, а также хлорид аммония. Эти вещества требуют дополнительной энергии на плавление и возгонку, а образующаяся при их сгорании вода (пар) обладает большой теплоемкостью, что снижает температуру газокапельного слоя. При этом температура может оказаться недостаточной для разложения окислителя, тогда смесь перестанет гореть.

К химическим факторам, влияющим на скорость горения, относятся индивидуальные свойства веществ, от которых зависят температура и теплота разложения окислителей, а также теплота сгорания горючего и теплоемкость продуктов реакции.

Разумеется, скорость горения зависит от соотношения компонентов в смеси и наличия катализаторов разложения окислителя.

Быстрее всего горят стехиометрические смеси, то есть смеси, приготовленные в соответствии с уравнением реакции. При этом, как мы говорили раньше, необходимо правильно выбрать уравнение, исходя из термохимических данных.

На практике почти не используют смеси, состоящие только из одного окислителя и одного горючего. Стехиометрическое соотношение тоже часто специально нарушается — во многих случаях необходим избыток горючего.

Учитывая, что главным праздником для пиротехников является Новый год и Рождество, рассмотрим роль компонентов в пиротехнической смеси на примере хорошо всем знакомой искристой свечи, которую традиционно и неправильно называют "бенгальский огонь". Искристая свеча — это стальная проволока диаметром 0,8–1,5 мм и длиной 15–25 см, на которую обычно наклеен следующий состав:

— чугунные опилки — 30 % (по массе);

— Ва(NO₃)₂ — 50 %;

— алюминий (пудра) — 6 %;

— декстрин (крахмал) — 14 %.

Стоит изменить соотношения или заменить один компонент на другой, как свеча будет гореть хуже. Проверим это экспериментально.

Эксперимент 3. Очень велик соблазн взять вместо чугунных опилок порошок железа (железо, восстановленное водородом), который есть в школьных химических кабинетах и наборе "Юный химик". Тем не менее напилите хотя бы 0,1 г чугуна и сравните с чистым железом. Высыпайте понемногу металлический порошок на пламя горящей свечи. А затем проделайте то же с чугунными опилками. Оказывается, чистое железо дает при горении тусклые красноватые искры, а чугун — яркие. К тому же искры от чугуна красиво ветвятся. Дело в том, что в чугуне растворен углерод.

Так что придется вам взяться за напильник. Кстати, хрупкий чугун превращается в опилки довольно легко.

Эксперимент 4. Следующая проблема — довольно дефицитный нитрат бария. Сразу хочется заменить его хотя бы нитратом калия. Попытаемся это сделать. Приготовьте смесь № 1 из 5 г нитрата бария и 3 г чугунных опилок; затем смесь № 2, пересчитанную по содержанию кислорода в окислителе, — 1,2 г нитрата калия и 1,0 чугунных опилок. Попробуйте, как во втором эксперименте (см. предыдущее занятие), поджечь образцы этих смесей. Вряд ли у вас это получится. Придется ввести в составы более легко воспламеняемое горючее. К смеси № 1 добавьте 1,4 г крахмала, а к смеси № 2–0,4 г. Тщательно перемешайте (старайтесь не перетирать изо всех сил — может получиться малоискрящаяся чугунная пыль) и снова попробуйте поджечь. Обратите внимание на характер горения. Смесь № 2 легче воспламеняется, но образует раскаленную каплю и почти не искрит. Это связано с тем, что оксид и пероксиды калия плавятся при температуре ниже 600 °C, карбонат — при 900 °C, а оксид бария — выше 2000 °C. В результате выделяющийся в смеси № 2 азот не может вытолкнуть частицы металла, прилипшие к расплаву калиевого оксида.

Наконец добавьте к смеси № 1 0,5 г алюминиевой пудры, к смеси № 2 — чуть меньше 0,2 г. Теперь обе смеси достаточно легко воспламеняются и интенсивно горят, но все равно искрят по-разному. Кстати, масса смеси № 2 не случайно взята небольшой — чтобы не переводить зря реактивы.

Но главный недостаток смеси с нитратом калия в следующем: когда она горит на проволоке, то получается жидкий шлак, капающий вниз, а это совершенно недопустимо.

Эксперимент 5. Чтобы нанести искристый состав на проволоку, лучше использовать не крахмал, а сравнительно низкомолекулярный декстрин с той же брутто-формулой — (C₆H₁₀O₅)n. Получить его можно из крахмала. Насыпьте порошок крахмала на металлический лист, утрамбуйте до 1–1,5 мм и медленно нагрейте до потемнения и начала "плавления" (около 350 °C). После охлаждения стряхните неразложившийся крахмал: вам нужна темно-коричневая масса.

Эксперимент 6. Приготовьте нарезанную стальную проволоку. Не пытайтесь заменить ее алюминиевой или медной — они могут расплавиться. Заготовьте не менее 50 г смеси по приведенному выше рецепту. Сухую смесь лучше всего разводить в полиэтиленовой банке с обрезанным верхом объемом 100–200 мл (от шампуня, клея и т. п.). Когда смесь высохнет, ее остатки легко удалить из гибкой банки. Медленно добавляйте к сухой смеси воду и мешайте, пока не получите сметанообразную массу.