Курсовая работа: Неорганические соли в пиротехнической промышленности

При более энергичном нагревании или в смеси с горючими веществами разложение перхлората калия идет с образованием хлористого калия и кислорода по уравнению [6]:

KClO4 = KCl + 2O2 - Q,(1.12)

где Q – количество тепла, требуемое для разложения перхлората, равно 7,8 кг-кал. [6].

Составы с перхлоратом менее чувствительны к механическим воздействиям, чем составы с хлоратами [2].

Перхлорат калия применяется в качестве окислителя; он дает более спокойное горение, чем хлорат калия. Работа с ним требует тех же мер предосторожности, что и с хлоратами. Перхлоратные составы обладают чувствительностью к трению и удару, хотя и в меньшей степени, чем хлоратные. Высокая стоимость перхлората калия ограничивает его применение [2].

1.2.1.3 Нитраты

Нитраты представляют собой соли азотной кислоты. Азотная кислота – очень важный для техники продукт; она применяется во многих отраслях химической промышленности. Действием азотной кислоты на некоторые органические продукты получаются нитропроизводные, служащие для приготовления взрывчатых веществ, красителей и др. [3].

Все нитраты являются хорошими окислителями; они легко отдают свой кислород, выделяя азот, различные его окислы, или аммиак (в зависимости от условий реакции). Нитраты более стойки в химическом отношении, чем хлораты, но также образуют с горючими веществами легко воспламеняющиеся смеси [3].

В пиротехнике большей частью применяются нитраты калия, бария, стронция, реже – натрия.

Разложение нитратов происходит с поглощением тепла [3].

Нитрат калия или калиевая селитра KNO3 (молекулярный вес 101,1) образуется в почве при гниении органических соединений [3].

Технический нитрат калия можно получить реакцией обменного разложения нитрата натрия и хлористого калия или из синтетической азотной кислоты [3].

Нитрат калия – белый порошок или бесцветные кристаллы ромбической системы; легко растворим в воде. Температура плавления 337°С, температура разложения 400°С [3].

Нитрат калия разлагается с выделением части содержащегося в нем кислорода по уравнению [3]:

4KNO3 = 2K2O + 2N2 + 5O2.(1.13)

Таким образом, нитрат калия содержит 39,6% активного кислорода, а общего кислорода 47,5%. Выделяющийся кислород используется на окисление горючих в составах. Обычно нитрат калия содержит примеси нитрата натрия, хлористых калия и натрия, которые в сильной степени повышают его гигроскопичность. Поэтому в нитрате калия, применяемом в пиротехнике, чистого продукта должно быть не меньше 99,0% [3].

Калиевая селитра применяется в качестве окислителя во многих пиротехнических составах. Вследствие сравнительно большей стойкости нитратов составы с ними обладают меньшей чувствительностью к механическим воздействиям, чем хлоратные, и дают возможность при соответствующих мерах предосторожности легче механизировать производственные процессы, чем в случае применения хлоратов [3].

Нитрат натрия, или натриевая селитра NaNO3 (молекулярный вес 85) образуется в природе так же, как и калиевая селитра. Природные месторождения находятся в Чили и Перу, отчего нитрат натрия часто называют чилийской селитрой. В России добывается на Кавказе [3].

Нитрат натрия – бесцветные кубические кристаллы; после измельчения они имеют вид белого порошка [3].

Натриевая селитра значительно дешевле, чем калиевая, однако нитрат натрия хорошо растворим в воде и очень гигроскопичен, поэтому им нельзя заменить нитрат калия при производстве пороха [3].

Нитрат натрия разлагается аналогично нитрату калия по уравнению [3]:

4NaNO3 = 2Na2O +5О2+2N2.(1.14)

Натриевая селитра в смесях с горючими окрашивает пламя в желтый цвет и могла бы применяться в пиротехнике в качестве цветнопламенного окислителя, однако этому препятствует большая ее гигроскопичность [2].

Нитрат бария Ba(NO3)2, (молекулярный вес 261,39) получается при реакции обменного разложения между хлористым барием в растворе и нитратом натрия при 80-90 °С; представляет собой бесцветные октаэдрические кристаллы, превращающиеся при измельчении в белый порошок; в воде мало растворим, негигроскопичен; температура плавления 593°С. При более высокой температуре разлагается, выделяя кислород, по уравнению [3]:

2Ba(NO3)2 = 2BaO + 2N2 + 5O2.(1.15)

При этой реакции поглощается тепло.

При горении смесей нитрата бария с горючими пламя окрашивается в зеленый цвет.

Нитрат бария служит окислителем во многих пиротехнических, особенно осветительных составах. Составы с нитратом бария значительно менее чувствительны, чем с окислителями, указанными выше. В некоторых случаях азотнокислый барий применяется в составах в смеси с другими, более активно действующими окислителями [2].

Нитрат стронция Sr(NO3)2 (молекулярный вес 211,62) цветнопламенный окислитель, окрашивающий пламя в густой и яркий красный цвет. Он очень гигроскопичен, к тому же различные примеси увеличивают его гигроскопичность, поэтому в пиротехнике он применяется сравнительно мало [3].

Нитрат стронция – белое кристаллическое вещество с температурой плавления 645°С [3].

1.2.1.4 Окислители других групп

В пиротехнике можно использовать окисляющее действие также и некоторых солей – марганцевокалиевой и двухромовокислых.

Марганцевокалиевая соль KMnO4 – калиевая соль марганцевой кислоты HMnO4 [2].

Марганцевокалиевая соль или перманганат калия легко разлагается, выделяя кислород, а потому используется в качестве окислителя. При нагревании сухая KMnO4 разлагается по уравнению [2]:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2,(1.16)

а при нагревании до 700-750°С разлагается и марганцевистокалиевая соль - манганат калия K2MnO4, также выделяя кислород [2].

Перманганат калия разлагается с выделением различных продуктов реакции и разного количества кислорода в зависимости от того, в кислой или щелочной среде протекает реакция [2].

Реакция в щелочной среде протекает сначала с выделением марганцевистокалиевой соли, которая затем разлагается, давая двуокись марганца и кислород, т. е. по уравнениям [2]:

2KMnO4 + 2KOH → 2K2MnO4 + H2O + (О)(1.17)

2K2MnO4 + 2H2O → 2MnO2 + 4KOH + (2О)(1.18)

_________________________________________________________

2KMnO4 + H2O → 2MnO2 + 2KOH + 3(О)(1.19)

В кислой среде реакция проходит с образованием свободной марганцевой кислоты, которая разлагается, выделяя кислород. Реакции можно выразить уравнениями [2]:

2KMnO4 + H2SO4 = K2SO4 + 2HMnO4(1.20)

2HMnO4 + 2H2SO4 = 2MnSO4 + 3H2O + 5(О)(1.21)

_________________________________________________________________

2КМnO4 + 3H2SO4 = MnSO4 + K2SO4 + 3H2O+ 5(O) (1.22)

Таким образом, 2 моль марганцевокалиевой соли в кислой среде выделяют 5 атомов кислорода, а в щелочной среде - 3 атома.

Из двухромовокислых солей иногда применяют дихроматы натрия Na2Cr2O7 и калия K2Cr2O7, выделяющие кислород при действии минеральных кислот [2].

Эти соли получаются действием минеральных кислот на хромовокислые соли (например, Na2CrO4). Двухромовокислый калий называется также хромпиком. Исходным продуктом для получения двухромовокислых солей служит хромистый железняк FeCrO4, который встречается в природе, например, в России на Урале [2].

Пиротехника может располагать большим количеством разнообразных окислителей. В зависимости от того, какие свойства должен иметь состав, можно применить окислитель той или иной группы.

1.2.1.5 Выбор пиротехнических окислителей

Окислитель должен быть твердым веществом с температурой плавления не ниже 50-60 °С и обладать следующими свойствами:

-  содержать максимальное количество кислорода;

-  легко отдавать кислород при горении состава;

-  быть устойчивым в интервале температур от -60 °С до +60 °С и не разлагаться от действия воды;

-  быть по возможности малогигроскопичным;

-  не оказывать токсического действия на человеческий организм [5].

Однако иногда в составах применяются окислители, которые не обладают всеми перечисленными свойствами: например, NаNО3 или NaClО4 весьма гигроскопичны.

Особое внимание следует обращать на то, чтобы составы, изготовленные с применением выбранного окислителя, не были чрезмерно чувствительны к механическим импульсам и не обладали значительными взрывчатыми свойствами [5].

При выборе окислителя для пламенных составов следует учитывать интенсивность излучения продуктов распада окислителя в различных частях спектра. В составах сигнальных огней нельзя употреблять окислители, которые изменяли бы окраску пламени, например, в составы красного, зеленого и синего огней нельзя вводить соли натрия [5].

Чрезвычайно важно также, чтобы окислитель обеспечивал требуемую скорость горения состава.

Свойства наиболее важных окислителей, используемых в пиротехнике, приведены в таблице 1.1 [1].

Таблица 1.1 Свойства наиболее важных пиротехнических окислителей

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9