Неорганические соли в пиротехнической промышленности
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 (мол
екулярный 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]:
2KClO3 + H2SO4 = K2SO4 + 2HClO3,(1.8)
3HClO3 = 2ClO2 + HClO4 + H2O.(1.9)
Эта реакция используется в пиротехнике для воспламенения некоторых составов.
Хлорат калия в чистом виде негигроскопичен. Однако примеси, в частности, хлористого кальция, вызывают некоторую его гигроскопичность[2].
Хлорат калия применяется в пиротехнике в качестве окислителя, главным образом, в цветнопламенных составах. Составы с бертолетовой солью очень чувствительны к механическим воздействиям. Поэтому работа с такими составами требует осторожности, чистоты и аккуратности [2].
Хлорноватокислый барий Ва(СlО3)2·Н2О (молекулярный вес 322,29) получается из природного минерала витерита действием на него хлора при нагревании (может быть также получен электролизом из насыщенного при 75°С раствора хлористого бария BaCl2) [3].
Хлорат бария растворяется в воде, нерастворим в спирте, кристаллизуется в прозрачные призматические кристаллы, при температуре 300 – 310°C разлагается, в сухом виде при нагревании до более высокой температуры взрывает [3].
Реакция разложения хлората бария проходит аналогично разложению хлората калия по уравнению [3]:
Ba(ClO3)2 = BaCl2 + 3O2 + Q.(1.10)
В смеси с горючими хлорат бария дает энергичную вспышку; составы с хлоратом бария чувствительны к механическим воздействиям [3].
Пламя, образуемое составами с хлоратом бария, имеет ярко-зеленую окраску. Следовательно, хлорат бария в составах является одновременно окислителем и носителем цветности.
Хлорат бария применяется, главным образом, для составов зеленого огня. При работе с ним следует применять те же меры предосторожности, что и при работах с хлоратом калия [2].
1.2.1.2 Перхлораты
Перхлораты – соли хлорной кислоты HClO4. Хлорная кислота в свободном состоянии чрезвычайно нестойка: на воздухе дымит, легко взрывает в присутствии горючих веществ, воспламеняет бумагу, дерево. Водный раствор ее безопасен [6].
Соли хлорной кислоты – перхлораты – более стойки, чем хлораты. Это объясняется тем, что реакция разложения перхлоратов происходит с поглощением тепла. В пиротехнике применяется перхлорат калия [6].
Перхлорат калия (или хлорнокислый калий) KClO4 (молекулярный вес 138,56) представляет собой белый кристаллический порошок, слабо растворяющийся в воде и негигроскопичный. При температуре 420°С начинает разлагаться по уравнению [6]:
4KClO4 = 2KClO3 + 2KCl + 5O2.(1.11)
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].
Скачать реферат