Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №12

При составлении уравнений далеко не всегда можно предугадать состав конечных продуктов реакции с полной уверенностью, особенно это касается тех случаев когда реакция разложения окислителя проходит в несколько стадий, окислитель недостаточно энергичен, температура реакции недостаточно высока, горючее недостаточно калорийно, имеет органическое происхождение, или является солями кислот, например, желтая кровяная соль. Знание состава конечных продуктов реакции, а, значит, и составление точного уравнения возможно только в том случае, когда имеются данные химического анализа продуктов реакции. Не имея их можно говорить только о вероятном уравнении реакции горения.

В связи с вышесказанным, следует говорить о наиболее вероятном в данном конкретном случае уравнении распада окислителя (смотри таблицу 1) и наиболее вероятных продуктах окисления горючего (смотри таблицы 4 и 9).

Например: найти рецепт двойной смеси из нитрата бария и магния. В таблице 1 находим уравнение распада окислителя:

Ba(NO₃)₂ = BaO + N₂ + 2,5O₂

В таблице 4 указано, что продукт окисления магния есть МgО. Записываем вероятное уравнения реакции:

Ba(NO₃)₂ + 5Мg = BaO + N₂ + 5МgО

Из уравнения определяем рецепт состава — 68 % Ba(NO₃)₂ и 32 % Mg. Полученный состав используется в качестве фотосмеси. При недостатке окислителя в смеси, магний сгорит за счет кислорода воздуха, поэтому количество окислителя может быть уменьшено ниже 68 %, однако, интенсивность горения такой смеси будет ниже, чем составленной по уравнению. Мощность светового излучения в импульсе окажется также несколько ниже. При составлении уравнений горения составов, содержащих уголь или органическое горючее, можно вести расчет либо на полное окисление горючего с образованием углекислого газа и воды, либо, при уменьшенном содержании окислителя, рассчитывать на образование воды и окиси углерода. Для примера составим уравнения реакции горения нитрата калия и идитола для обоих случаев.

12KNO₃ + C₁₃H₁₂O₂ = 6К₂O + 6N₂ + 13СO₂ + 6Н₂O реакция протекает до образования двуокиси углерода, рецепт смеси — 86 % KNO₃ на 14 % идитола.

34KNO₃ + 5C₁₃H₁₂O₂ = 17К₂O + 17N₂ + 65СО + 30H₂O реакция протекает до образования окиси углерода, рецепт смеси — 77 % KNO₃ на 23 % идитола.

Уравнения только в известной мере соответствуют действительности, поскольку при горении смесей нитратов с органическими горючими образуются и некоторые количества нитрита и окиси калия, а при соединении окиси калия с углекислым газом образуется и карбонат калия.

Подбор коэффициентов при расчете смесей с органическими горючими требует много времени, в связи с этим А.Н. Демидовым было предложено пользоваться таблицами, в которых указано сколько граммов окислителя потребуется для выделения 1 грамма активного кислорода и какое количество горючего может быть окислено 1 граммом этого кислорода до высших окислов. Эти таблицы составлялись следующим образом. Известно, что в условиях горения составов, например, перхлорат аммония, разлагается по уравнению:

2NH₄ClO₄ = N₂ + 2НСl + 3Н₂O + 2,5O₂

Из уравнения, масса ПХА составляет 235 г, масса выделившегося кислорода 80 г.

Составляя пропорцию 235 г.: 80 г = хг.: 1 г, находим х = 2,93 г. Таково количество ПХА, выделяющее при разложении 1 г кислорода.

Окисление алюминия протекает по уравнению:

2Аl + 1,5O₂ = Аl₂O₃

Масса алюминия 54 г, масса кислорода для его окисления 48 г. Из пропорции 54 г.: 48 г. = х г.: 1 г находим х = 1,12 г, то есть количество алюминия, который может быть окислен 1 г кислорода.

Пример работы с таблицами: Найти рецепт реактивного горючего (без цементатора) состоящего из ПХА и алюминия.

В графе 7 таблицы 1 находим для ПХА число 2,93, а в графе 6 таблицы 4 число 1,12 для алюминия, эти числа в сущности выражают массовые количества компонентов, входящих в смесь, выраженные в граммах.

ПХА 2,93 г, алюминий 1,12 г, всего смеси: 2,93 г + 1,12 г = 4,05 г. Составляем пропорцию: 4,05 г / 100 % = 2,93 г / х %, где х равен 72 %, то есть количеству ПХА в смеси. Рецептура смеси — 72 % NH₄ClO₄, 28 % Аl.

Рассмотренная смесь имеет характер примера, так как металлическое горючее в полученном количестве вводить в реактивные топлива нецелесообразно по причинам, рассмотренным в разделе "Реактивные топлива". А для получения достаточной механической прочности заряда необходимо введение значительного количества горючего, служащего одновременно цементатором. Таким образом, реально необходимо рассчитать не двойную, а тройную смесь веществ.

Расчет тройных и многокомпонентных смесей

В некоторых случаях тройные смеси можно рассматривать как состоящие из двух двойных смесей содержащих в себе один и тот же окислитель. Однако это сравнение весьма приблизительно, так как наличие в составе двух разных горючих может резко изменить направление реакции и тогда этот подход становиться неприемлемым.