Читаем Занимательная пиротехника онлайн бесплатно
Чувурин. А. В.
ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ
ПИРОТЕХНИКА
Часть 1
Харьков
«Основа»
2003
Введение
3
увурин Александр Викторович в детстве был нормальным
ребёнком: говорить, ходить и заниматься пиротехникой на-
чал одновременно. Благодаря патологической Тяге к спичкам, кострам, взрывпакетам и ракетному моделированию рано познакомился
с химией. Парашютист-инструктор.
Доктор химических наук, кандидат фармацевтических наук, автор 150 научных публикаций, 120 свидетельств и патентов на изобретения, 6 оригинальных синтетических фармпрепаратов. Успел синтезировать и подробно
изучить свыше 800
не описанных ранее
органических
соединений, впервые
подробно исследовал
кинетику,
термодинамику и
механизм протекания
двух десятков
оригинальных
химических реакций.
Все предлагаемые в книге опыты
и пиротехнические
фигуры освоил ещё
в переходном возрасте без жертвоприношений, потому что строго соблюдал технику безопасности и тщательно мыл руки перед едой.
4
Часть 1, Опасное знакомство
Конечно же Вы яркая личность, иначе Вам не стоило бы покупать эту книгу и, вероятно, Вы серьёзный читатель, поскольку заглянули во введение. Я надеюсь, что мы не расстанемся до последней страницы, а материал книги подскажет Вам интересное увлечение на долгие годы.
Дело в том, что есть люди, бросающие тень даже в полной темноте. Это пиротехники. Хотите стать одним из них? Тогда поехали.
В книге подробно описано приготовление около двух тысяч пиротехнических составов и индивидуальных веществ от доисторических прототипов пороха до компонентов современных твердотопливных ракет. Приводятся сотни экстремальных химических опытов.
Вы узнаете, как с помощью химических превращений можно сделать искусственный вулкан, комнатную молнию или цветной туман. Как развести огонь без спичек и зажигалки, пользоваться электросваркой без электричества и даже имитировать звук падающей авиабомбы. Как покрасить пламя в любой цвет. Как заставить гореть железо, медь или свинец. Как поджечь вино, песок или факел под водой. Как изготовить великолепные бриллианты, которые светятся в темноте и загораются при дуновении воздуха. Как сделать пистоны или хлопушки из арсенала медикаментов домашней аптечки. Как водой разжечь костёр. Как приготовить самовоспламеняющиеся составы из муки или отрубей, а сахар, крахмал или вату превратить в порох.
Для любознательных и трудолюбивых включено практическое руководство по изготовлению в кустарных условиях фейерверков, в том числе низовых, верховых, водных и даже комнатных, например, на праздничном столе или на шоколадной поверхности юбилейного торта.
Из своего детства я прекрасно помню, что во дворе не было ни одного нормального сверстника, не мечтавшего бы сделать и запустить ракету на отслужившей киноплёнке или хотя бы консервную банку с помощью карбида, а тем более подпалить магниевый взрывпакет на виду у одноклассниц.
5
Введение
Я помогу Вам изготовить сказочно красивый фейерверк своими
рунами, да ещё так, чтобы от Вашего усердия никто не пострадал.
Современная пиротехника шагнула далеко вперёд, и догнать её
наша задача.
Лично я не смог бы отложить эту книгу в сторону, не прочитав
её от корки до корки, но, возможно, у Вас более крепкая сила воли и
сейчас есть шанс проверить это.
Давайте Д
Если очень быстро изучить материал этой книги, прочитайте её оглавление.
Если попытаетесь найти ответ на интересующий вопрос, постарайтесь сразу попасть в нужный для Вас раздел.
Если же пока Вы не догадываетесь о чём спросить эту книгу, мой совет: прочитайте её от начала и до конца.
Если Вам в голову полезут опасные мысли - самое время ознакомиться с техникой безопасности.
Заповеди пиротехника выучите наизусть и строго их выполняйте - в этом Ваша страховка.
Дайте слово, что не будете увеличивать загрузки приводимых пиротехнических составов - оставьте себе шанс дочитаться до последней главы.
Если Вы неё же доберётесь до демонстрации своего фейерверка, помните, что искусство требует жертв, но лучше усадить их подальше.
Как бы не повёл себя перед зрителями Ваш фейерверк, делайте вид, что именно этого Вы и добивались.
Словом, делайте всё, что хотите, но так, чтобы не лишиться этой возможности.
6
Часть 1. Опасное знакомство
нет», «Проезжай быстрее» или наоборот «Стоимость проезда 20
грн».
Читать категорически запрещено
Не влезай - убьёт
Информация К размышлению
Спасайся, кто может
Иная опасность
Работай под Тягой
Осторожно - синтез
Тебя предупреждали
Выброс материалов Обрати внимание
изучающая эти процессы, получила название «пиротехника», что в переводе с греческого языка дословно означает «техника огня».
Огнём, как средством защиты от животных, а потом и от людей наши предки научились пользоваться ещё в глубокой древности, просто они не знали, как это называется. Сам же термин «пиротехника» в своё время включал более широкое понятие и объединял все области знания, имеющие отношение к огню и взрывам. Так, итальянский алхимик Бирингуччио в знаменитой книге «Пиротехния» (1540) описывает даже основы металлургического производства.
Часть I. Опасное знакомство
Глава 1. Позвольте представиться
1.1. Техника
мерцающая свеча, и вспышка магния, и мощный взрыв, сокрушающий вдребезги гору, имеют общую природу. Наука,
Глава 1. Позвольте представиться
7
До середины XIX в. К пиротехнике относились сведения по изготовлению зажигательных и осветительных составов, взрывчатых веществ, различных видов пороха и, конечно, фейерверков. В дальнейшем в ходе научно-технического прогресса эти отрасли получили самостоятельное развитие.
Современная пиротехника включает военную и мирную область применения. Под термином «пиротехнический состав» подразумеваются вещества или их смеси, способные реагировать с образованием пламени, дыма или большого объёма газов, а их разложение сопровождается тепловыми, дымовыми, реактивными и звуковыми эффектами.
Подобные реакции инициируются в результате нагревания, удара, трения, сильного освещения или первичного взрыва другого взрывчатого вещества.
По условиям перехода горения в детонацию в виде ударной волны взрывчатые вещества делят на инициирующие, бризантные и метательные или пороха.
8
Часть 1. Опасное знакомство
Надо признать, что отнесение веществ к определённой группе во многом условно. Их поведение при горении зависит от многочисленных факторов: температурного режима, развиваемого давления, степени дисперсности состава, площади поверхности горения, наличия активирующих или ингибирующих присадок, характера первичного импульса и даже массы реагирующего вещества.
Так можно с помощью дымного пороха сделать медленногорящий, искристый бенгальский огонь и взорвать гранитную скалу; сверхвзрывчатый нитроглицерин заставить работать, как метательный состав и двигать снаряды; а тротил, пикриновую кислоту и пироксилин использовать в качестве горючего твердотопливных ракет.
Напротив, многие пиротехнические составы огненных фонтанов и ранет, сжигаемые россыпью вне корпуса, воспламеняются с трудом и горят очень слабо или даже тухнут. Зато могут самовозгораться при неправильных условиях хранения в большой массе совсем неожиданные материалы, например, уголь, зерно, опилки, сено, пакля, торф, различные жиры.
Поведение пиротехнических составов будет для Вас настолько же безопасно, насколько Вы сумеете их понять и приручить.
риал повнимательнее.
Чтобы Вам не приходилось слышать о пиротехнике, фейерверках и гениальных самоучках, изучивших предмет только на
собственных ошибках, - не верьте. Запомните, что без элементарных
знаний химии в эту область лучше не соваться, а изучать столь
интересный предмет во всех отношениях выгоднее на ошибках
других - их уже достаточно успели совершить без нас.
естолковые пользователи книги этот раздел могут пропустить, Вам же, дорогой читатель, придётся проработать данный мате-
Глава 1. Позвольте представиться
9
Итак, горение пиротехнических составов представляет собой
окислительно-восстановительную реакцию. Активность такой смеси
обусловлена химическим взаимодействием окислителя и горючего,
В числе наиболее применяемых
в нашем деле окислителей соли кислородсодержащих кислот, в анионе
которых присутствует элемент максимальной степени окисленности:
Арсенал горючих средств еще более внушителен:
металлы - магний, алюминий, железо, цинк, медь, сурьма; металлоиды - сера, фосфор, кристаллический йод, технический углерод в виде древесного угля или сажи; сульфиды - сурьмы (антимоний Sb2S3 и Sb2S5), олова (SnS), меди (халькозин Cu2S и ковеллин CuS), мышьяка (реальгар As4S4 и аурипигмент As2S5), фосфора (P4S3); углеводы - лактоза, сахароза, крахмал, декстрин, древесные опилки, пшеничная мука, нитроцеллюлоза; углеводороды - парафин, воск, церезин, антрацен, нафталин, • нефтепродукты;
смолы и камеди - канифоль, шеллак, резинаты, мастике, гуммиарабик, фенолформальдегидные смолы (идитол и бакелит);
каучуки - полиуретановый и различные бутадиеновые; термопласты - поливинилхлорид (ПВХ) и полиакриламид.
10
Часть 1. Опасное знакомство
Смолы, камеди, каучуки, ПВХ, декстрин и олифа также используются в качестве склеивающих веществ - цементаторов.
Кроме того, в пиротехнические составы могут входить «красители» пламени, дымообразователи, возгоняемые дымовые красители, флегматизаторы, снижающие чувствительность к механическим и тепловым воздействиям, стабилизаторы, увеличивающие химическую стойкость, активаторы и ингибиторы горения.
Не имея точного рецепта, не каждая хозяйка рискнёт приготовить новое кулинарное блюдо. А что тогда говорить о пиротехнике. Прежде всего, для определения соотношения компонентов Вам необходимо знать уравнения протекающих процессов. Если Вы успели подзабыть химию, облегчить составление суммарной реакции помогут немудрёные правила:
а) написать реакцию взрывного разложения окислителя,
б) представить реакцию горения восстановителя в кислороде,
в) уравнять коэффициенты у атомов кислорода,
г) просуммировать полученные равенства.
К примеру, составление бинарной смеси из бертолетовой соли и свекловичного сахара, больше известной в кругах террористов как «запал Кибальчича», будет выглядеть так;
М=123 М=342
Как Вы уже догадались, нужное нам уравнение получилось на букву «г», но пользоваться им можно.
Зная молекулярные массы реагирующих веществ и стехиометрические коэффициенты реакции их взаимодействия, несложно рассчитать необходимые соотношения ингредиентов:
Глава 1, Позвольте представиться
II
В пиротехнике чаще встречаются многокомпонентные составы, например, тройная пороховая смесь из калийной селитры, серы и древесного угля. Любой хороший химик знает, что спорость определяющей стадией сложной реакции является наиболее медленная. Пиротехнические же составы на первый взгляд ведут себя аномально. Скорость сгорания смеси селитра-уголь 2-5 мм/с, а состав селитра-сера в обыкновенных условиях совсем не воспламеняется и лишь слабо горит в нагретом до 100°С состоявши. Тройная же пороховая смесь быстро сгорает в открытом виде со скоростью 10- 15мм/с или взрывается в замкнутом пространстве.
Это явление объясняется с о пряжей костью реакций, когда выделяющееся в ходе бинарного взаимодействия тепло ускоряет протекание параллельного процесса горения, примерно так же, как пальцам в рукавицах теплее, чем в перчатках.
Известное даже школьнику уравнение горения пороховой смеси лишь приблизительно описывает процесс:
Поджечь такую смесь можно каплей концентрированной серной кислоты.
В действительности реакция в баллистическом режиме протечет по более сложному пути с образованием ещё некоторых твёрдых продуктов, поэтому в газ превращается около 43% пороха, а не 59% как следует из уравнения.
Ещё французский химик Марселей Бертло (1827-1907) установил, что разложение дымного пороха сопровождается комбинацией дополнительных реакций, на направление которых огромное значение оказывает давление реагирующей массы:
12
Часть 1. Опасное знакомство
где: V0 - выделяемый объём газа, t - температура реакции,
Q - теплота процесса, f- расчётная сила взрыва.
Одно из предлагаемых суммарных уравнений (Сарро) протекающего процесса имеет вид:
10KNO3+4S+12C —> 8СО2+ЗСО +5N2 +К2С03 +2K2S04+2K2S (V0 = 279,5 л/Кг, t = 2660 °С, f = 3100 Кг/см2)
То есть, молярное соотношение реагирующих компонентов равно 2,5КClз : S : ЗС. Расчёт показывает, что в этом случае вес выделяющихся газообразных продуктов составляет 53%, а из каждого килограмма пороха образуется 280 л газа.
Уравнение Дебу соответствует разложению английских военных дымных порохов, сгорающих при повышенном давлении с образовавшем полисульфидов:
При этом твёрдый остаток составляет 57,8%. Его количество увеличивается при сжигании пороха на открытом пространстве.
В своё время Альфред Берхард Нобель (1833-1896) и Фридрих Абель, установив, что в продуктах горения английского минного пороха отсутствует сульфат калия, предложили следующее уравнение его разложения:
Глава 1. Позвольте представиться
13
что вполне соответствует составу: селитра 66%, сера 14%, древесный уголь 20%.
Как правило, в большинстве подобных уравнений не учитываются углеводы, входящие в состав древесного угля, а ведь содержание углерода в нём составляет всего 72-96%.
Разложение тройной смеси, рассчитанной на полное горение (Бертло), соответствует составу 84: 8: 8 и подходит под уравнение:
IOKNO3 + 3S + 8С —> 6С02 + 5N2+2K2C03+ 3K2S04
(V0 = 204 л/Кг, t = 3354°С, f = 2804)
Такой порох при сгорании даёт небольшой объём газов, но очень высокую температуру взрыва вследствие полного сжигания углерода. На открытом пространстве количество планов от этого пороха также увеличивается.
В пиротехнике применяются большей частью смеси, имеющие недостаток окислителя, то есть, с отрицательным Кислородным балансом, поэтому расчёт компонентов по первому традиционному уравнению (2KN03+ S + ЗС) для нас всё же более предпочтителен.
Объём выделяемого газа в пороховой смеси можно увеличить, сместив направление реакции на выделение описи углерода:
2KN03 + S + 6С —> 6СО + N2_+ K2S
Как видно из уравнения, для этого надо вдвое увеличить содержание в составе древесного угля, то есть, на 13% от общей массы. Температура реакции, правда, при этом снизится, да и такая смесь будет вести себя поспокойнее, но именно она лежит в основе большинства реактивных составов фейерверков.
