пламя горящей свечи. А затем проделайте то же с чугунными опилками. Оказывается, чистое железо дает при горении тусклые красноватые искры, а чугун — яркие. К тому же искры от чугуна красиво ветвятся. Дело в том, что в чугуне растворен углерод.
Так что придется вам взяться за напильник. Кстати, хрупкий чугун превращается в опилки довольно легко.
Эксперимент 4. Следующая проблема — довольно дефицитный нитрат бария. Сразу хочется заменить его хотя бы нитратом калия. Попытаемся это сделать. Приготовьте смесь № 1 из 5 г нитрата бария и 3 г чугунных опилок; затем смесь № 2, пересчитанную по содержанию кислорода в окислителе, — 1,2 г нитрата калия и 1,0 чугунных опилок. Попробуйте, как во втором эксперименте (см. предыдущее занятие), поджечь образцы этих смесей. Вряд ли у вас это получится. Придется ввести в составы более легко воспламеняемое горючее. К смеси № 1 добавьте 1,4 г крахмала, а к смеси № 2–0,4 г. Тщательно перемешайте (старайтесь не перетирать изо всех сил — может получиться малоискрящаяся чугунная пыль) и снова попробуйте поджечь. Обратите внимание на характер горения. Смесь № 2 легче воспламеняется, но образует раскаленную каплю и почти не искрит. Это связано с тем, что оксид и пероксиды калия плавятся при температуре ниже 600 °C, карбонат — при 900 °C, а оксид бария — выше 2000 °C. В результате выделяющийся в смеси № 2 азот не может вытолкнуть частицы металла, прилипшие к расплаву калиевого оксида.
Наконец добавьте к смеси № 1 0,5 г алюминиевой пудры, к смеси № 2 — чуть меньше 0,2 г. Теперь обе смеси достаточно легко воспламеняются и интенсивно горят, но все равно искрят по-разному. Кстати, масса смеси № 2 не случайно взята небольшой — чтобы не переводить зря реактивы.
Но главный недостаток смеси с нитратом калия в следующем: когда она горит на проволоке, то получается жидкий шлак, капающий вниз, а это совершенно недопустимо.
Эксперимент 5. Чтобы нанести искристый состав на проволоку, лучше использовать не крахмал, а сравнительно низкомолекулярный декстрин с той же брутто-формулой — (C6H10O5)n. Получить его можно из крахмала. Насыпьте порошок крахмала на металлический лист, утрамбуйте до 1–1,5 мм и медленно нагрейте до потемнения и начала "плавления" (около 350 °C). После охлаждения стряхните неразложившийся крахмал: вам нужна темно-коричневая масса.
Эксперимент 6. Приготовьте нарезанную стальную проволоку. Не пытайтесь заменить ее алюминиевой или медной — они могут расплавиться. Заготовьте не менее 50 г смеси по приведенному выше рецепту. Сухую смесь лучше всего разводить в полиэтиленовой банке с обрезанным верхом объемом 100–200 мл (от шампуня, клея и т. п.). Когда смесь высохнет, ее остатки легко удалить из гибкой банки. Медленно добавляйте к сухой смеси воду и мешайте, пока не получите сметанообразную массу.
Проволоку покрывать смесью лучше в два приема. Обмакните и сушите ее в течение 0,5–1 часа (получается слой смеси до 1 мм). Затем обмакните снова. Общая толщина свечи должна составить 5–6 мм. Сушить свечи надо в вертикальном положении намазанной частью вниз, например втыкая проволоку в закрепленный на полке пластилин. Общее время сушки — не менее суток.
Проверьте после этого срока качество изделий. Если они горят равномерно, хорошо искрят и весь шлак удерживается на проволоке (зажгите свечу в полуметре над расстеленной газетой: на ней не должны появиться прожженные пятна) — можете дарить друзьям ваши искристые свечи.
Правила пользования обычные — не ближе 2 м от елки, бумаги, ваты, не бросайте куда попало только что сгоревшие и тем более горящие свечи.
ЗАНЯТИЕ № 5
Едва ли можно найти юного химика, ни разу ничего не взрывавшего. И самому интересно, и друзей хочется удивить. Но как сделать подобные опыты безопасными? Ясно, что запреты число несчастных случаев не уменьшат. Надо познакомить школьников с основами пиротехники. И нашелся смелый человек, рискнувший создать подобный курс. В. В. Загорский уже несколько лет ведет факультатив по теориям быстрых экзотермических реакций в специализированном учебно-научном центре МГУ и летней школе "Химера".
На прошлом занятии, на примере искристой свечи мы с вами убедились, как важно правильно подобрать компоненты в пиротехнической смеси. Причем, чтобы достичь нужного эффекта необходимо не просто стехиометрическое сочетание окислителя и восстановителя. (Напомню, для нашей искристой свечи мы использовали состав: чугунные опилки — 30 % по массе, нитрат бария — 50 %, алюминиевая пудра — 6 %. декстрин — 14 %.) Если вы попытаетесь составить уравнения реакций, соответствующие приведенному искристому составу, то обнаружите в нем избыток восстановителя. Дело в том, что частицы металла должны давать красивые искры. Поэтому сгорать им надо за счет кислорода воздуха, а не окислителя. Кстати, окислитель, кроме отдачи кислорода, отвечает за получение тугоплавкого шлака. Декстрин служит клеем, горючим и пламегасителем (поскольку выделяет воду). Алюминиевая пудра стабилизирует горение.
На первом занятии мы говорили, что пиротехнические смеси позволяют получить красивые эффекты. И самое впечатляющее из них — это, пожалуй, цветное пламя. Есть много рецептов составов цветного пламени, но если вы не понимаете физики и химии, ответственных за цвет процессов, то вам трудно выбрать нужный состав и тем более разработать его самому.
Индивидуальные вещества и смеси могут гореть, излучая в самых разных частях спектра — от ультрафиолетового (водород, сероуглерод) до инфракрасного (специальные термиты). Пламя свечи и горящего магния излучает в видимом диапазоне — в первом случае свет перед полным сгоранием испускают раскаленные частички сажи, во втором — окись магния. Оба пламени являются примерами излучателей непрерывного спектра. Глазом такое излучение воспринимается как красное при 600–900 °C, оранжевое или желтое при 900— 1200 °C и белое при более высоких температурах, до которых нагревается тело-излучатель (частички сажи и дыма в пиросмесях). При этом доля видимого света обычно составляет очень малую часть всего излучения (в основном инфракрасного).
Чтобы получить пламя, ярко окрашенное в один из цветов видимого спектра, необходимо использовать другие излучатели, способные испускать кванты только в узком диапазоне энергий. Ими могут быть атомы или молекулы в газовой фазе — более крупные частицы в горячей зоне пламени должны почти отсутствовать. Отсюда следует общий принцип для желающих получить цветное пламя: в составе должна быть смесь, горящая бесцветным пламенем, и добавка, выделяющая атомы или молекулы-излучатели. Нужно, чтобы энергии горения хватило для возбуждения излучателя (на практике не менее 3,5 кДж/г смеси). Кстати, дыма при горении может быть много — главное, чтобы твердые частицы отсутствовали именно в горячей зоне пламени. Рассмотрим конкретные примеры.
Красное пламя. Возбужденные атомы лития испускают яркий красный (671 нм) и оранжевый (610 нм) свет в виде узких спектральных полое. Однако в пиротехнике литий почти не используют, из-за относительно высокой стоимости соединений: кроме того, все