Порох | Статья в журнале «Юный ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 8 февраля, печатный экземпляр отправим 12 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Научный руководитель:

Рубрика: Химия

Опубликовано в Юный учёный №3 (23) март 2019 г.

Дата публикации: 01.03.2019

Статья просмотрена: 281 раз

Библиографическое описание:

Дударев Д. С., Дударев К. С., Тасалова Е. Е. Порох // Юный ученый. — 2019. — №3. — С. 17-20. — URL https://moluch.ru/young/archive/23/1391/ (дата обращения: 26.01.2020).



 

В наше время становится все более востребованной практика широкого использования различной пиротехники. Салюты, петарды, различные небольшие заряды, фейерверки и многое другое. По мнению авторов целесообразно проанализировать из чего состоят основные пиротехнические устройства и какие химические реакции происходят при их использовании.

Петарда — полисемантический термин, обозначающий различные типы зарядов с пиротехническими составами. Задачами данного устройства является не только уничтожение каких-либо целей, а также создание светового, дымового или звукового эффекта: вспышка, свиста, хлопок или различные дымы.

На данный момент существует большая разновидность петард, которые в основном принято подразделять по своему сигналу и мощности. Рассмотрим схему данного устройства для понимания от чего зависят ее параметры.

https://firebum.ru/image/uploadsBlog/petarda.jpg

Рис. 1. Общая схема петарды в разрезе

 

Петарда состоит терочного элемента (запал), замедлителя, цветопламенного состава, основного заряда, заглушки и корпуса петарды (рис 1). Подробнее о каждом из элементов.

Терочный элемент (воспламенитель) и фитиль — это один из видов запала петард. Исходя из названия становится ясным, что воспламеняется он посредством трения о шероховатую поверхность, иными словами, терку спичечного коробка, которая поставляется, как правило, в комплекте с петардами. В качестве запала также может использоваться фитиль. Задачей данного компонента в петарде является его воспламенение, запуск механизма детонации. У данного компонента может существовать много различных вариаций состава, в зависимости от степени воспламенения. Следовательно невозможно сказать точный состав но примерно в этой смеси содержится примерно хлорат калия (KClO3) 32–42 %, трехсернистая сурьма (Sb2S3) 32–38 %, карбид циркония (ZrC) или карбид титана (TiC) 29–35 %, нитроцеллюлоза([C6H7(NO2)3O5]n) 0,2–2 %. Как уже говорилось, также может в качестве воспламенителя может быть фитиль, другими словами огнепроводной шнур или Бикфордов шнур. Фитиль представляет из себя нить, стопин, тонкий шнурок, пропитанный смесью селитры с порохом, покрытый шнуровым порохом защищенная двумя оплетками, внутренней и внешней, также для достижения герметичности, данная конструкция пропитана гидрофобным составом, в Бикфордовом шнуре в его роли используется асфальт.

Рис. 2. Устройство фитиля

 

Замедлитель — это определенное вещество функцией которого является замедлить горение, тем самым дать время до детонирования заряда. Может не использоваться в том случае если петарда с дистанционным запалом и не требуется время чтобы заряд не находился рядом с человеком.

Цветопламенный состав — это часть петарды, отвечающая за световой или другой эффект. Также, пассивной функцией этого слоя в заряде является замедление горения.

Данный компонент может отсутствовать. Смесь может представлять из себя стружку металла, который при горении дает определенный пигмент, к примеру медь способна давать зеленоватый окрас пламени.

Заглушка — это компонент который позволяет петарде взорваться. Заглушка удерживает все газы, образующиеся при горении основного состава, внутри, тем самым создавая давление, которое разрывает корпус петарды. Как правило делается гипса или спрессованного при большом давлении мела. Проблемами таких заглушек является то, что они гидрофильны, при давлении есть вероятность она вылетит и петарда не взорвется, имеют небольшой запас прочности. Взглянув на шкалу Мооса, становится ясным что заглушку, состоящую из мела или гипса возможно повредить даже ногтем. Необходимо также отметить, что без заглушки петарда не взорвется.

Основной состав, он же взрывной — это вещество является главным компонентом петарды. Как правило используется дымный порох. Дымный порох является взрывоопасной селитро-сероугольной смесью. В его состав входит примерно 75 % калиевой селитры (нитрат калия, KNO3), 15 % угля(C) и 10 % серы(S).

Селитра

Порох на 75 % состоит из калиевой селитры. Необходимо понять, что она из себя представляет и какие виды существуют. Селитра — минералы, содержащие нитраты щелочных и щелочноземельных металлов, аммония. Селитра в порохе является окислителем и при нагревании легко от дает кислород. Кислород, который выделился из селитры, окисляет серу и уголь, которые в свою очередь являются восстановителями.

С увеличением содержания селитры в порохе примерно до 80 % сила пороха возрастает и скорость его горения увеличивается. В природе много веществ, богатых кислородом, но для целей пороходелия и пиротехники находит применение почти исключительно калиевая селитра, так как она в наибольшей степени удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к окислителям в составе пороха (малая гигроскопичность и невысокая чувствительность. Селитра — это удобрение которое используется для восполнения в растении недостатка азота, калия, кальция. При недостатке азота (N) у растения наблюдаются мелкие, узкие листья, окраска их меняется на бледно-зеленый, малое количество побегов и ветвление. При недостатке калия (K) окраска листьев становится голубовато-зеленый, тусклый, часто с бронзовым оттенком, также наблюдается пожелтение и отмирание кончиков и краев листьев. При недостатке кальция (Ca) у листьев наблюдается искривление, и края их закручиваются кверху, листья становятся неправильной формы, буреют. Всего выделяют четыре типа селитры: Калийная (KNO3) которая используется в порохе, Натриевая (NaNO3), Кальциевая (Ca(NO3)2), Аммиачная (NH4NO3). Начиная с середины XI в. селитрой называли нитрат калия KNO3 — главную составную часть пороха. Для получения калийной селитры служили селитряницы — кучи из смеси навоза, органических отходов с известью, мергелем, строительным мусором и т. п. с прослойками из сухих палок или соломы. Аммиак, образующийся при гниении, который в процессе нитрификации (с помощью бактерий) переходил вначале в азотистую, а позже в азотную кислоту. Последняя кислота, взаимодействуя с CaCO3(карбонат кальция), давала Ca (NO3)2(нитрат калия), который выщелачивали водой. После добавления древесной золы (состоящей в основном из карбоната калия) приводила к осаждению CaCO3 и получению раствора KNO3. Данный способ добычи калиевый селитры применялся примерно до 1854, когда немецкий химик К. Нёльнер начал производство селитры, основанное на реакции в растворе:

KCl + NaNO3 = KNO3 + NaCI

Уголь

Уголь — это горючее вещество. Для пиротехники употребляется древесный уголь, как правило ольховый или крушинный. Уголь из смолистых пород деревьев применять нежелательно, так как пороха, приготовленные с использованием такого угля, трудно воспламеняются. С увеличением содержания углерода в угле — увеличивается скорость горения, а при увеличении количества угля в порохе скорость горения пороха наоборот снижается.

Сера

Роль серы в порохе. Сера, с одной стороны, является цементатором, который связывает селитру и углем, а с другой, — горючим веществом, облегчая воспламенение пороха, так как температура воспламенения серы меньше, чем температура воспламенения угля. От увеличения содержания серы в порохе сила пороха и скорость горения уменьшаются. Сера встречается в кристаллической и аморфной формах. В пиротехнке применяется сера с температурой плавления 114,5° и только кристаллической формы.

Реакции порохов

Горение пороха очень сложно, поэтому реакцию разложения невозможно представить одним уравнением, правильно отображающим процесс. Следует отметить что, правильного уравнения для пороха не существует, так как это непосредственно зависит от вида пороха и процентного содержания каждого компонента пороха, вида компонента. Могут встречаться следующие реакции:

10KNO3 + 4S +13С = 3K2СО3 + 0,5K2SO4+1,5K2S2 + 9CO2 + СО + N2.

10KNO3 + 3S + 8С = 3K2SO4 + 2K2СО3 + 6CO2 + 5N2.

2KNO3 + S + 3СN + 3C = K2S + N2 + 3CO

10KNO3 + 8C + 3S = 2K2CO3 + 3K2SO4 + 6CO2 + 5N2

Также не стоит забывать о том, что с течением времени процентное содержание каждого вещества в порохе может изменяться, следовательно, и горение его будет неодинаковым.

https://i2.guns.ru/forums/icons/forum_pictures/019131/19131928.jpg

 

История

Подлинно сказать, кто и когда изобрел порох нельзя, но принято считать, что это вещество родом из Древнего Китая. Также существует гипотеза, что порох был открыт за 1,5 тысячи лет до Р. Х. В Древнем Китае на то время было обнаружено достаточное количество селитры. Необходимо отметить, как они использовали селитру зачастую вместо соли, или добавляя в лекарства. Обнаружилось что при горении с углем эта смесь дает вспышки. Древне-Китайский медик Тао Хун-цзин впервые описавший свойства селитры. Обнаружилось селитру часто использовали алхимики. Одним из первых образец пороха изобрел китайский даос Сунь Сы-мяо в VII веке. Приготовив смесь селитры, серы и локустового дерева и нагревая ее в тигле, он получил неожиданно сильную вспышку пламени. Полученный порох еще не обладал большим взрывчатым эффектом, потом его состав был усовершенствован другими алхимиками, установившими его основные составляющие: калиевую селитру, серу и уголь. С течением веков его состав не изменялся и использовался для зажигательных снарядов, получивших название «хо пао», что переводится, как «огненный шар». Также китайцам приписывается изобретение петард и фейерверков. Из себя они представляли набитую порохом бамбуковую палочку, которая поджигалась и запускалась в небо. Позже, когда качество пороха улучшилось, а количество увеличилось, его стали использовать, как взрывчатое вещество в фугасах и ручных гранатах, но не могли догадаться использовать возникавших при горении пороха, для метания ядер и пуль. Из Китая способ изготовления пороха попал к арабам и монголам. Уже в начале ХIII века арабы, достигшие высочайшего мастерства в пиротехнике, устраивали изумительные по красоте фейерверки. От арабов способ изготовления пороха попал в Византию, а затем в Европу. Приблизительно в 1220 году европейский алхимик Марк Грек запишет способ изготовления пороха в своем трактате. Пройдет порядка 100 лет, пока рецепт пороха не перестанет быть тайной. Легенда связывает вторичное открытие пороха с именем монаха Бертольда Шварца. Также существует легенда что примерно в 1320 году алхимик, проводя опыты, случайным образом составил смесь из селитры, угля и серы и начал ее толочь в ступке, а вылетевшая из очага искра, попав в ступку, привела к взрыву, что явилось открытием пороха. Бертольду Шварцу приписывают идею использования пороховых газов при метании камней, а также изобретение одного из первых артиллерийских орудий в Европе. Впрочем, история с монахом, это скорей всего лишь легенда. В середине ХIV века появились цилиндрические стволы, из которых стреляли пулями и ядрами. Оружие было поделено на ручное огнестрельное и артиллерийское. В конце ХIV века из железа ковали стволы крупного калибра, предназначенные для стрельбы каменными ядрами.

Подводя итог, необходимо отметить, что существует множество видов различных порохов, которые используются в различных сферах. На данный момент активно ведутся улучшения различных взрывчатых составов. Дымный порох является одним из важнейших изобретений человечества.

 

Литература:

 

  1. А. Н. Каляженков, Д. П. Мальгин Взрывчатые вещества и пороха
  2. М. А. Фиошина, Д. Л. Русин Основы химии и технологии порохов и твердых ракетных топлив.
  3. Гальвитц У. Артиллерийские пороха и заряды
Основные термины (генерируются автоматически): порох, селитра, уголь, калиевая селитра, нитрат калия, петарда, дымный порох, сера, способ изготовления пороха, Бикфордов шнур.


Похожие статьи

Исследование процесса конверсии хлорида калия с нитратом...

Калийно-аммиачная селитра, выпускаемая в довольно значительном количестве в ряде зарубежных стран, содержит 16–16,5 % N и 25 % К2О. Ее изготавливают следующими способами: 1)...

Исследование процесса конверсии хлорида калия с нитратом...

Для экспериментов использовали хлорид калия Тюбегатанского месторождения и нитрат кальция, полученного из промышленных отходов азотно-туковых заводов [1 и 2]. Опыты по конверсии нитрата калия из хлорида калия и нитрата кальция проводили в лабораторной...

Теоретический анализ систем, обосновывающих получения...

На основе производства нитрата калия конверсионным способом лежит физико-химические свойства многокомпонентных водных систем хлорид-нитратного типа. Наиболее важным из него является четверная взаимная система из хлоридов и нитратов калия и аммония и...

Самарские месторождения серы: история разработок и причины...

В статье содержатся сведения об истории промысла серы на территории Самарской области и способах ее добычи, проведён анализ области применения серы и выявлены причины, по которым месторождения Самарской области не разрабатываются.

Питательный режим почвы при возделывании яровой твёрдой...

Целью исследований являлось выявление влияния систем удобрений при разных способах основной обработки на питательный режим почвы при возделывании яровой твёрдой пшеницы.

Разработка фильтрующего сорбирующего материала по...

Известно [1], что наиболее эффективным способом защиты от монооксида углерода является использование средств защиты на основе катализаторов окисления СО кислородом воздуха. СО представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха, горючий.

Определение состава биогаза хроматографическим способом...

При получении калийно-аммиачной селитры по любому способу в той или иной мере. Зависимость степени конверсии нитрата аммония с хлоридом калия от температуры и. Из таблицы видно, что температура и время конверсии нитрата калия из хлорида калия и...

Профессор А. Т. Калачиков о применении органических удобрений...

В статье рассмотрены разработки профессора А. Т. Калачикова по характеристике, использовании органических и бактериальных удобрений в сельском хозяйстве Украины. Рациональная система использования удобрений создавалась с учетом различных...

Первые открытия в использовании нефти и ее составляющих

предложил способ расщепления тяжелых углеводородов мазута с целью получения светлых нефтепродуктов – крекинг, предложил метод подъёма нефти с помощью сжатого воздуха — эрлифт, разработал методику расчёта и технологию строительства цилиндрических стальных...

Похожие статьи

Исследование процесса конверсии хлорида калия с нитратом...

Калийно-аммиачная селитра, выпускаемая в довольно значительном количестве в ряде зарубежных стран, содержит 16–16,5 % N и 25 % К2О. Ее изготавливают следующими способами: 1)...

Исследование процесса конверсии хлорида калия с нитратом...

Для экспериментов использовали хлорид калия Тюбегатанского месторождения и нитрат кальция, полученного из промышленных отходов азотно-туковых заводов [1 и 2]. Опыты по конверсии нитрата калия из хлорида калия и нитрата кальция проводили в лабораторной...

Теоретический анализ систем, обосновывающих получения...

На основе производства нитрата калия конверсионным способом лежит физико-химические свойства многокомпонентных водных систем хлорид-нитратного типа. Наиболее важным из него является четверная взаимная система из хлоридов и нитратов калия и аммония и...

Самарские месторождения серы: история разработок и причины...

В статье содержатся сведения об истории промысла серы на территории Самарской области и способах ее добычи, проведён анализ области применения серы и выявлены причины, по которым месторождения Самарской области не разрабатываются.

Питательный режим почвы при возделывании яровой твёрдой...

Целью исследований являлось выявление влияния систем удобрений при разных способах основной обработки на питательный режим почвы при возделывании яровой твёрдой пшеницы.

Разработка фильтрующего сорбирующего материала по...

Известно [1], что наиболее эффективным способом защиты от монооксида углерода является использование средств защиты на основе катализаторов окисления СО кислородом воздуха. СО представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха, горючий.

Определение состава биогаза хроматографическим способом...

При получении калийно-аммиачной селитры по любому способу в той или иной мере. Зависимость степени конверсии нитрата аммония с хлоридом калия от температуры и. Из таблицы видно, что температура и время конверсии нитрата калия из хлорида калия и...

Профессор А. Т. Калачиков о применении органических удобрений...

В статье рассмотрены разработки профессора А. Т. Калачикова по характеристике, использовании органических и бактериальных удобрений в сельском хозяйстве Украины. Рациональная система использования удобрений создавалась с учетом различных...

Первые открытия в использовании нефти и ее составляющих

предложил способ расщепления тяжелых углеводородов мазута с целью получения светлых нефтепродуктов – крекинг, предложил метод подъёма нефти с помощью сжатого воздуха — эрлифт, разработал методику расчёта и технологию строительства цилиндрических стальных...

Задать вопрос