ВВЕДЕНИЕ В ПИРОТЕХНИКУ
Ладягин Ю. О.
Москва 1997г.
Книга «Введение в пиротехнику» является неотъемлемой частью данного сайта. Всякий современный конструктор-оружейник должен изучить предмет пиротехники хотя бы в обьеме данного труда. Конструирование боеприпасов для разных видов оружия, а также конструирование специальных оружейных устройств без начального знания пиротехники невозможно. Эта книга предназначается также и для ознакомления интересующихся данным предметом читателей с начальными знаниями о искусстве огня. Стоит отметить, что многие знаменитые химики, (например Д.И. Менделеев, кстати основавший оружейное пороходелие бездымных порохов в России) начинали свой путь в химическую науку как раз с изготовления различных фейерверков, взрывчатых составов и прочих огненных забав, которые, имея большой внешний эффект, постепенно втягивают занимающегося в более глубокое изучение, происходящих при горении процессов и далее в науку химию. При современном откровенно упадочном положении русской науки необходимо заинтересовать большее количество талантливой молодежи, что позволит поднять отечественную науку на должную высоту. Пиротехника прямо или косвенно соприкасается с такими науками как химия, физическая химия, гидравлика, оптика, такими отраслями знания как военная, ракетно-космическая и авиационная техника, металлургия, подводная техника и прочее. Пиротехник должен располагать глубоким комплексом знаний современной науки и техники для успешного решения возникающих задач.
Базой данного труда является книга «Основы пиротехники» Александра Александровича Шидловского, первое издание которой вышло в свет еще в 1943 году. Книга А.А. Шидловского имела 2-е издание (переработанное) 1954 года, и 3-е издание (переработанное и дополненное), выпущенное в 1964 году.
Все эти издания выпускались крайне малыми тиражами и предназначались для изучения студентами ВУЗов и узким кругом специалистов пиротехников. Настоящее издание является переработанным базовым трудом, предназначенным для изучения широким кругом читателей интересующихся наукой пиротехникой. В настоящей книге значительно сокращено количество теоретического материала, перегружающего книгу. Описание устройств и действия пиротехнических изделий дается в общих чертах, поскольку это необходимо для уяснения требований, предъявляемых к пиротехническим составам.
ПРЕДМЕТ ПИРОТЕХНИКИ
Пиротехника — самостоятельная отрасль знания по изготовлению различных устройств, употребляемых для производства фейерверков, сигнальных и зажигательных средств, ракет, и прочего.
Название «пиротехника» происходит от греческих слов «пир» — огонь и «техне» — уменье, это наиболее точно отражает сущность предмета пиротехники. В широком смысле к пиротехнике относятся любые химические составы и технические изделия, действующие огнем или теплом, которые выделяются в результате химических реакций.
Военная пиротехника включает в себя знания по приготовлению взрывчатых веществ и составов, специальных веществ, снаряжение и подготовку к приведению в действие боевых и инженерных боеприпасов.
Пиротехническая наука немыслима без основных, а в некоторых случаях, и глубоких знаний общей химии. Для изучения настоящего труда необходимо иметь знания по химии не менее среднешкольного курса.
ОСНОВЫ ПИРОТЕХНИКИ
В пиротехнических составах имеют место несколько основных типов химических реакций, в основном, сопровождающихся выделением энергии(тепла) в различной степени.
1. Окислительно-восстановительные реакции.
2. Реакции разложения.
3. Обменные реакции с разложением неустойчивых продуктов.
4. Смешанные реакции.
Окислительно-восстановительные реакции между различными веществами, применяемыми в пиротехнике, позволяют получить наибольшее выделение энергии и реализуются в большинстве пиротехнических смесей. Примером может служить следующая реакция с весьма значительным тепловым эффектом:
3Ba(NO3)2 + 10Al = 3BaO + 3N2 +5Al2O3 + 1653ккал.
Реакции разложения применяются в пиротехнике в специальных целях, например, для получения чистых газов:
(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O + 123ккал
Тепловой эффект реакции на порядок меньше чем в первом случае, однако, еще сопровождается хорошо видимой зоной горения (раскаленные частицы окиси хрома).
Обменные реакции также применяются в специальных целях, например, для того же получения газов:
NaNO2 + NH4Cl = NaCl + 2H2O + N2
Тепловой эффект реакции незначителен и не сопровождается отчетливо видимой зоной горения, хотя, распространение фронта горения заметно, однако, в некоторых случаях это является положительным качеством.
В качестве окислителей и горючих в различных отраслях пиротехники в настоящее время применяются неорганические и органические вещества в различных агрегатных состояниях. Классическая же пиротехника была нацелена, в основном, на применение твердых веществ как наиболее удобных для хранения и применения.
В отличии от большинства химических реакций, применяемых в промышленности и проходящих в жидкой или газообразной фазе, пиротехнические реакции проходят, в основном, между твердыми веществами. Однако, чисто твердофазные реакции в пиротехнике достаточно редки и протекают только в некоторых термитах и безгазовых составах.
Большинство пиротехнических реакций протекает в форме горения или взрыва, основным отличием которых от иных форм химических реакций является наличие подвижной зоны реакции, имеющей высокую температуру и отделяющей еще не прореагировавшие вещества или смесь веществ от продуктов реакции. Температура горения при разных реакциях может колебаться более чем на порядок (от нескольких десятков до нескольких тысяч градусов). Примером низкотемпературной может служить реакция:
C6H12N4 + nJ2 = J2(г) + продукты разложения и йодирования
Данная реакция не сопровождается видимым выделением пламени и света, однако, присутствие четко наблюдаемой подвижной зоны реакции позволяет классифицировать ее как типичную реакцию низкотемпературного горения.
Горение магниевого термита — пример высокотемпературной реакции:
3Mg + Fe2O3 = 2Fe + 3MgO + 224ккал.
Несмотря на высокую температуру реакции (более 2000°С), данное горение не сопровождается образованием каких либо газов, поскольку температура испарения продуктов реакции значительно выше температуры реакции горения.
Способность тех или иных веществ к реакции горения определяется принципом французского химика Бертло (1827 — 1907гг.), справедливым для высокоэкзотермических реакций, протекающих при комнатной температуре: «Всякая химическая система, в которой может протекать экзотермическая реакция, при подборе соответствующих внешних условий должна оказаться способной к распространению в ней реакции горения.»
