реферат, рефераты скачать Информационно-образоательный портал
Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,
реферат, рефераты скачать
реферат, рефераты скачать
МЕНЮ|
реферат, рефераты скачать
поиск
Неорганические соли в пиротехнической промышленности

Неорганические соли в пиротехнической промышленности

Министерство образования и науки Украины

Харьковский национальный университет имени В. Каразина


Кафедра неорганической химии и методики преподавания химии










Неорганические соли в пиротехнической промышленности



Курсовая работа

Студента гр. Х-114

Химического факультета

Колесника Алексея

Научный руководитель:

к.х.н., доцент В.Г. Панченко







Харьков 2008


Реферат


Курсовая работа содержит: 35 страниц, 1 рисунок, 6 таблиц, 1 приложение, 7 источников.

Объектами исследования являются неорганические соли, которые используются в пиротехнической индустрии.

Цель курсовой работы - рассмотреть наиболее важные в пиротехнической промышленности неорганические соли, их свойства, получение и применение; подобрать оптимальный состав для выполнения эксперимента (пиротехнического «фонтана») и использовать этот состав на практике.

В результате проведенного анализа источников литературы в качестве наиболее приемлемого пиротехнического состава (с учетом требований техники безопасности для проведения эксперимента в помещении) был выбран состав, включающий следующие компоненты: нитрат калия, перхлорат калия, сульфид сурьмы, уголь древесный (мелкий), серу, нитрат стронция, сажу. Из вышеперечисленных компонентов неорганическими солями являются: нитрат калия, перхлорат калия, сульфид сурьмы, нитрат стронция.

Описанные в работе составы используются для изготовления наиболее простых и доступных по стоимости «фонтанов» в мирной пиротехнике.

Неорганические соли, нитрат калия, нитрат стронция, перхлорат калия, пиротехническая индустрия, пиротехнический «фонтан», сульфид сурьма





Содержание


Введение

1 Литературный обзор

1.1 Общие сведения о пиротехнических составах

1.1.1 Основные понятия

1.1.2 Принцип действия пиротехнических изделий

1.1.3 Горение составов

1.1.4 Назначение компонентов в пиротехнических составах

1.2 Неорганические соли в качестве компонентов пиротехнических составов

1.2.1 Окислители

1.2.1.1 Хлораты

2.1.2 Перхлораты

1.2.1.3 Нитраты

1.2.1.4 Окислители других групп

1.2.1.5 Выбор пиротехнических окислителей

1.2.2 Горючие веществ

1.2.3 Цветнопламенные добавки

2 Эксперементальная часть

3. Техника безопасности

Выводы

Список литературы

Приложение А




Введение


Пиротехника в современной индустрии и науке занимает особое место среди остальных отраслей. Ей принадлежат ужасающие (на службе военной промышленности или терактов) и захватывающие (в роли мирной пиротехники) картины.

Так, например, во время войны выявилось большое значение различных средств военной пиротехники. По силе морального воздействия на людей и по своему разрушительному действию выжигательные средства представляют собой очень мощное и грозное оружие.

С развитием авиации большое значение приобрели зажигательные авиабомбы, которые позволяют устраивать пожары в тылу противника. Зажигательные средства вызывают массовые пожары в крупных городах.

Ведение современного боя в ночное время вызывает необходимость в различных осветительных средствах; из них наиболее важны осветительные снаряды. Имеются специальные пиротехнические осветительные составы, дающие настолько мощные источники света, что при них возможно производить ночью фотосъемку.

Трассирующие средства, оставляющие на траектории своего полета видимый след, огненный или дымовой, имеют также большое применение в современной войне. Развитие боевой авиации и автоброневых и мотомеханизированных боевых средств вызывает необходимость в специальных средствах для пристрелки по движущимся целям.

Пиротехнические средства связи (сигнальные) незаменимы в боевых условиях для передачи условных сообщений на расстояние.

Пиротехника имеет очень большое значение и для научно-исследовательских работ. При изучении стратосферы используются дымовые шашки, поднимаемые на специальных шарах-зондах; на определенной секунде времени подъема догорает замедлитель дымовой шашки, и она образует облако дыма. Наблюдения за этим облаком дают ценные научные данные о многих явлениях в стратосфере. Пиротехнические сигнальные средства используются с большим успехом в дальних арктических экспедициях.

Во время учебных маневров армии и при войсковом обучении большую роль играют пиротехнические имитационные средства, которые употребляются взамен боевых; например, разрывы шрапнельных и фугасных снарядов имитируются так называемыми взрывпакетами.

Важное место занимает мирная пиротехника, в которой разрабатываются безопасные для людей и окружающей среды фейерверочные составы.

Современное пиротехническое производство основывается теперь не только на опытных данных о приготовлении составов и конструкции изделий. Современная пиротехника основывается на всех достижениях химических, физических и специальных военных наук. Основное внимание современных пиротехников направлено на изучение физико-химических процессов, происходящих при действии составов, свойств компонентов, на научно обоснованный выбор новых зажигательных средств и конструкций пиротехнических изделий.





1 Литературный обзор

1.1 Общие сведения о пиротехнических составах


1.1.1 Основные понятия

Пиротехника – специальная отрасль техники, к области которой относятся производство и изучение различных веществ и смесей веществ, образующих при сгорании цветной или яркий белый огонь, дым, или дающих звуковые эффекты и зажигательное действие [1].

Слово «пиротехника» происходит от греческих слов «пир» (огонь) и «техне» (искусство, ремесло) и означает умение изготовлять горючие изделия [1].

Все пиротехнические изделия, можно разделить на две основные группы: изделия военной пиротехники и изделия мирной пиротехники. Военная пиротехника занимается изучением и изготовлением осветительных, зажигательных, сигнальных, трассирующих и имитационных средств. Мирная пиротехника занимается изучением и изготовлением средств для фейерверков [1]. В каждую из перечисленных групп входят различные изделия.


1.1.2 Принцип действия пиротехнических изделий

Пиротехнический эффект достигается в результате химической реакции горения. Горение представляет собой реакцию соединения горючего вещества с кислородом. При этой реакции обычно происходит значительное повышение температуры и образование пламени или выделение дыма [2].

Горючие вещества отличаются друг от друга способностью с той или иной активностью соединяться с кислородом; от их активности зависят сила света пламени и количество выделяемого тепла. Количество газообразных и твердых продуктов, получающихся в результате реакции, зависит от свойств реагирующих веществ. Для горения необходим кислород. Следовательно, для получения требуемого эффекта пиротехнические изделия следует сжигать на открытом воздухе или вводить в смесь с горючим вещество, богатое кислородом и способное легко его отдавать. Кислорода воздуха обычно бывает недостаточно для получения требуемого эффекта, поэтому в составы для пиротехнических изделий вводят вещества, богатые кислородом – окислители [2].

В качестве горючих веществ применяются некоторые металлы, сернистые соединения, органические соединения и др. В качестве окислителей применяются соли хлорноватой, азотной и других кислот, некоторые окислы металлов и пр. При взаимодействии горючего и окислителя, применяя различные компоненты, т. е. составные части смеси, и меняя их количественные соотношения, можно изменять течение реакции в соответствии с теми требованиями, которые предъявляются к изделию.

Смесь из окислителя и горючего называется основной двойной смесью. Для получения различных по действию составов к основной смеси добавляются различные компоненты или смешиваются различные основные смеси [2].

Таким образом, можно получить много разнообразных по свойствам смесей, или так называемых пиротехнических составов.


1.1.3 Горение составов

В форме горения могут протекать высокоэкзотермические химические реакции. Наблюдаемое при этом в большинстве случаев образование пламени (или свечение) не является, однако, непременным признаком горения; так, например, при горении дымовых составов пламени и выделения света не наблюдается [3].

Процесс горения характеризуется:

-     наличием подвижной зоны реакции, имеющей высокую температуру (сотни и тысячи градусов) и отделяющей еще не прореагировавшие (холодные) вещества от продуктов реакции;

-     отсутствием скачка давления в зоне реакции (в пламени): этим процессы горения существенно отличаются от процессов взрыва [3].

Горение пиротехнического состава – это окислительно-восстановительная реакция, в которой окисление горючих идет одновременно с восстановлением окислителей.

По степени гомогенности начальной системы различают несколько видов горения:

-     горение твердого или жидкого топлива за счет кислорода воздуха - гетерогенное горение;

-     горение взрывчатых газовых (или жидких) смесей или индивидуальных взрывчатых веществ – горение гомогенное [4].

Пиротехнические составы представляют собой механические смеси твердых тонко измельченных компонентов, по степени гомогенности они находятся посередине между конденсированным топливом и индивидуальными веществами (или гомогенными смесями) [4]. Степенью гомогенности определяются многие свойства пиротехнических составов.

Горение пиротехнических составов осуществляется теплопередачей из зоны реакции к слоям, в которых идет подготовка к процессу горения. На том же принципе основано и воспламенение пиросоставов. Для возникновения горения необходимо создать местное повышение температуры в составе, что достигается обычно непосредственным воздействием на состав горячих пороховых газов или применением специальных воспламенительных составов [2].

Когда пиросостав приводится в действие огневым импульсом и горние его происходит в открытом пространстве, то скорость горения его невелика (обычно несколько мм/с) [2].

Если же горение происходит в замкнутом пространстве или если в качестве инициатора используется капсюль-детонатор, то может возникнуть взрыв, скорость которого измеряется сотнями, а иногда и тысячами м/с [2].

В некоторых случаях ускорение горения наблюдается и при сгорании в открытом пространстве большого количества пиротехнических составов.


1.1.4 Назначение компонентов в пиротехнических составах

В пиротехнические составы входят следующие компоненты:

а)горючие;

б)окислители;

в)связующие (цементаторы) - органические полимеры, обеспечивающие механическую прочность уплотненных (спрессованных) составов;

г)ускорители и замедлители горения;

д)флегматизаторы – добавки, уменьшающие чувствительность составов к трению или удару;

е)вещества технологического назначения (жирующие добавки, растворители для связующих и др.) Кроме того, в составы сигнальных огней вводятся вещества, сообщающие окраску пламени, а в дымовые составы – дымообразующие вещества [5].

В некоторых случаях один и тот же компонент может выполнять в составе несколько различных функций. Так связующие вещества всегда выполняют в составе функции горючих, а иногда и замедлителей горения. А, например, в сигнальных составах нитрат стронция является окислителем и одновременно сообщает красную окраску пламени.


1.2 Неорганические соли в качестве компонентов пиротехнических составов


Неорганические соли в пиротехнике могут играть роль окислителей, горючих или сообщающих окраску пламени веществ. Для рассмотрения, как пример, приведем важнейшие из них и конкретно укажем их назначение.



1.2.1 Окислители

Смесь горючего с окислителем является основой всякого пиротехнического состава.

Сгорание горючих веществ на воздухе протекает обычно медленнее, чем сгорание их за счет кислорода окислителя, и поэтому смеси, не содержащие в себе окислителя, используются пиротехниками реже, чем составы с окислителями [5].

Кроме кислородных соединений, в качестве окислителей используются иногда и вещества, не содержащие в себе кислорода [5].

Окислителями могут быть и простые вещества – неметаллы, находящиеся при обычных условиях в твердом состоянии [5].

Так, в форме горения могут протекать реакции соединения между высококалорийными металлами (Mg, Al, Zr и др.) и такими неметаллами, как сера, фосфор, а также азот, углерод и бор [1]. Однако использование реакций такого типа ограничено. В некоторых многокомпонентных осветительных и зажигательных составах используется реакция [5]:


2Al+3S = Al2S3+140 ккал (582 кДж),(1.1)


что соответствует выделению 0,9 ккал (3,75 кДж) на 1 г смеси [5].

Из сложных веществ в качестве окислителей могут быть использованы только те, для разложения которых с выделением кислорода, галогенов или серы требуется значительно меньше тепла, чем выделяющееся при окислении горючего. Исключением является тот случай, когда образуется взвесь тонкодисперсного порошка горючего в воздухе [5].

В специальных пиротехнических смесях окислителями могут служить галогениды, а также сульфиды и нитриды малоактивных металлов (меди, свинца и др.). Соединение магния или алюминия с азотом протекает с выделением вполне ощутимого количества тепла [5]:


3Mg+N2 = Mg3N2+115 ккал (482кДж),(1.2)


что соответствует 1,14 ккал (4,76 .кДж) на 1 г смеси реагирующих веществ [5].

Таким образом, весьма возможно, что способными к горению окажутся смеси Mg или Аl с некоторыми богатыми азотом органическими соединениями (например, гуанидином CN3H5). Также, очевидно, будут способны к горению и смеси Mg или Аl с комбинированным серно-азотным балансом, например смесь с тиомочавиной [5]:


(NH2)2C + S+4Mg = Mg3N2+MgS+2H2(1.3)


Далее будут рассмотрены только те соединения, окислительное действие которых обуславливается содержащимся в них кислородом.

Легкость отщепления кислорода от молекул окислителей объясняется сравнительно малой прочностью непосредственной связи между кислородом и другими атомами, например, хлором, азотом [1].

По химическому составу окислители, применяемые в пиротехнике, можно разделить на следующие основные группы: 1) хлораты; 2) перхлораты; 3) нитраты; 4) окислы металлов [1].

Некоторые из окислителей одновременно служат и носителями цветности пиротехнического пламени. Они называются цветнопламенными окислителями. К ним принадлежат, например, хлорат бария и нитрат стронция.


1.2.1.1 Хлораты

Хлораты представляют собой соли хлорноватой кислоты HClO3.

Хлорноватая кислота соединение неустойчивое, быстро разлагается; при разложении ее выделяется газ ClO2 (двуокись хлора), который на воздухе поджигает такие вещества, как хлопок, бумага, дерево [3].

Хлорноватая кислота с различными металлами образует соли. В пиротехнике применяются, главным образом, хлорноватокислый калий KClO3 и хлорноватокислый барий Ba(ClO3)2·H2O, реже применяется хлорноватокислый натрий NaClO3, отличающийся сравнительно большой гигроскопичностью[3].

Все хлораты разлагаются, выделяя тепло и свободный кислород.

Хлорноватокислый калий (бертолетова соль) KClO3 (молекулярный вес 122,56) впервые был получен ученым Бертолле, по имени которого и называется [3].

Хлорат калия получается хлорированием извести с последующим обменным разложением хлорноватокислого кальция с солями калия по уравнениям [3]:


6Ca(OH)2 + 6Cl2 = Ca(ClO3)2 + 5CaCl2 + 6H2O,(1.4)

Ca(ClO3)2, + 2KCl = CaCl2 + 2KClO3.(1.5)


Полученный таким образом хлорноватокислый калий в случае надобности может быть очищен перекристаллизацией из горячей воды [3].

Хлорат калия с трудом растворяется в воде при низких температурах; при охлаждении горячего концентрированного раствора хлорат калия выкристаллизовывается. По внешнему виду он представляет собой мелкие белые ромбические кристаллы. Температура плавления 357,1°С, температура разложения 364°С. При этой температуре хлорат калия разлагается сравнительно медленно, часть кислорода, которая выделяется при разложении KСlO3, окисляет оставшийся неразложившимся KСlO3 в соединение KСlO4 (хлорнокислый калий) по уравнению [3]:


4KClO3 = 3KClO4 + KCl + Q,(1.6)


где Q – тепло, выделяющееся при разложении [3].

В присутствии примесей, играющих роль катализаторов разложения (например, некоторые окислы металлов, песок, стекло и др.), или веществ, способных легко окисляться (горючих), хлорат калия разлагается очень энергично; реакция идет с выделением большого количества кислорода по уравнению [3]:


2KClO3 = 2KCl + 3O2 + Q.(1.7)


Реакция разложения хлората калия экзотермична.

В присутствии примесей хлорат калия разлагается настолько энергично, что иногда вызывает взрыв. Смесь бертолетовой соли с горючими веществами легко воспламеняется от действия небольшого количества концентрированной серной кислоты. Это явление объясняется тем, что при действии серной кислоты на бертолетову соль выделяется свободная хлорноватая кислота, которая разлагается с образованием двуокиси хлора. Последняя, как указано выше, обладает свойством зажигать горючие вещества [3].

Реакцию образования ClO2 можно представить уравнениями [3]:

Страницы: 1, 2, 3, 4



© 2003-2013
Рефераты бесплатно, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.