Окислители

Conkling, John A.,Химия пиротехники,COPYRIGHT ©1985 by MARCEL DEKKER, INC. -51-54
Перевод с англ. Шатравка А. Н.

Требования

Окислители это обычно твердые тела богатые связанным кислородом, которые разлагаются при воздействии умеренных и высоких температур, освобождая кислород. Эти материалы должны быть доступны в чистом виде, с необходимым размером частиц, по разумной цене. Они не должны взаимодействовать во влажной среде, не разлагаться в широком температурном диапазоне (по крайней мере до 100 0С), и тем не менее легко отдавать кислород при высоких температурах. В химии пиротехники, используют разнообразные соли, отрицательные ионы (анионы), которых имеют высокоэнергетические химические связи Cl-O и N – O:
NO3 - нитрат ион
C1O3 - хлорат ион
ClO4 - перхлорат ион
CrO=4 - хромат ион
O= - оксид ион
Cr2O7= - дихромат ион
Положительные ионы, используемые для объединения с анионами, должны создавать смеси, которые соответствуют следующим требованиям:
  1. Окислитель должен иметь низкий уровень гигроскопичности, и не поглащать влагу из атмосферы. Вода может вызвать разнообразные проблемы в пиротехнических смесях, и материалы, которые поглощают воду, не используются. Соединения натрия в целом весьма гигроскопичны, (например, нитрат натрия - NaNO3) и, следовательно, они редко используются. Калийные соли, как правило, гораздо лучше, и обычно используются в пиротехнике. Данные о гигроскопичности, как правило, параллельно связаны с данными о растворимости в воде, данные о растворимости могут использоваться для прогнозирования возможных проблем с поглощением влаги. Растворимость в воде общепринятых окислителей представлена в таблице1. Тем не менее, нужно упомянуть, что большое количество нитрата натрия используется с металлом магния для производства белого света. При этом, требуется строгий контроль над влажностью на всех этапах производственного процесса, для избежания поглощения влаги, готовые изделия должны быть упакованы, чтобы предотвратить попадания воды во время хранения.
  2. Положительный ион окислителя (катион) не должен неблагоприятно изменять желательный цвет пламени. Натрий, например, интенсивный эмитент желтого света, и его присутствие может разрушить попытки произвести красное, зеленое и синее пламя.
  3. Щелочные металлы (Li, Na, K) и щелочноземельные металлы (Ca, Sr и Ba) наиболее предпочтительны в качестве положительных ионов. Они является плохими акцепторами электронов (и, наоборот, хорошими донорами электронов), и не вступают в реакцию с активными металлами топлива, такими как Mg и Al. Если восстановительные ионы металлов, такие как свинец (Pb+2 ) и медь (Cu+2) находятся в окислителе, существует вероятность того, что реакции, такие как

    Cu(NO3)2 + Mg -> Cu + Mg(NO3)2


    произойдут, особенно при влажных условиях. Может произойти спонтанное воспламенение.
  4. У состава должна быть приемлемая теплота разложения. Если значение слишком экзотермично, тогда получаем взрывчатую или высокочувствительную смесь, при эндотермическом значении возникнут трудности при зажигании, а также распространении горения.
  5. Соединения должны иметь высокое содержание активного кислорода. Легкие катионы (Na+, K+, NH+ ) являются желательными, в то время как тяжелых катионов (Pb+2, Ba+2 ) следует избегать, если это возможно. Обогащенный кислородом анион более предпочтителен.
  6. Наконец, все материалы, которые используются в высокоэнергетических составах, не должны быть токсичными, и продукты реакции не должны обладать токсичностью.
В дополнение к ионным твердым солям, ковалентные молекулы, содержащие галоген-атомы (прежде всего F и Cl), могут использоваться в качестве окислителей в пиротехнических составах, особенно с активными металлическими топливами. Примеры этого является использования гексахлорэтана (C2C16) с цинком в составах белого дыма:

3 Zn + C2C16 -> 3 ZnC12 + 2 C


и использование тефлона с металлом магния в производстве высокотемпературной смеси:

(C2F4)n + 2n Mg -} 2n C + 2n MgF2 + тепло


В обоих случаях металл был «окисленным» - имеет потерянные электроны и увеличение степени окисления, - в то время как атом углерода получил электрон и был «снижен».
В таблице 1. перечислены некоторые общеупотребляемые окислители, вместе с разнообразием их свойств.
Таблица 1

Окислители и их свойства
Компонент Формула Молекул
вес		 Т-ра плавл
оСа		 Растворение в
воде г/100 мл
20 оСа 		Теплота
разложения
ккал/моль		 Теплота
формирования
ккал/моль		 Доля О2
в окислителе		 Кол-во окислителя
для получения 1 г О2
Аммиачная селитра NH4NO3 80 170 118 (0oC) - -87.4 0.6 -
Перхлорат аммония NH4ClO4 117.5 разлагается 37.2o - -70.6 0.28 3.5
Хлорат бария Ba(ClO3)2*H2O 322.3 414 27(15o) -28 -184.4 0.32 3.12
Хромат бария BaCrO4 253.3 разлагается 0.0003 (16o) - 345.6 0.095 10.6
Нитрат бария Ba(NO3)2 261.4 592 8.7 +104 -237.1 0.31 3.27
Переоксид бария BaO2 169.3 450 очень слабо +17 -151.6 0.09 10.6
Оксид железа (красный) Fe2O3 159.7 1565 нераст. - -197.0 0.30 3.33
Оксид железа (черный) Fe3O4 231.6 1594 нераств. +266 -267.3 0.28 3.62
Хромат свинца PbCrO4 323.2 844 нераств - -218 0.074 13.5
Диоксид свинца PbO2 239.2 290(разл) нераств - -66.3 0.13 7.48
Оксид свинца PbO 223.2 886 0.0017 - -51.5 0.072 14
Тетроксид свинца Pb3O4 685.6 500 (разл) нераств. - -171.7 0.093 10.7
Хлорат калия KClO3 122.6 356 7.1 -10.6 -95.1 0.39 2.55
Нитрат калия KNO3 101.1 334 31.6 +75.5 -118.2 0.4 2.53
Перхлорат калия KClO4 138.6 610 1.7 -0.68 -103.4 0.46 2.17
Нитрат натрия NaNO3 85 307 92.1 +60.5 -111.8 0.47 2.13
Нитрат стронция Sr(NO3)2 211.6 570 70.9 +92 -233.8 0.38 2.63
ДонНТУ|Портал магистров ДонНТУ|||назад в библиотеку