Основные окислительно-восстановительные реакции, используемые в пиротехнике

• 1. Реакция горения чёрного пороха:
• 2 KN⁺⁵O₃ + 3 C⁰ + S⁰ = N⁰₂ + 3 C⁺⁴ O₂ + K₂S^2-

Принимают электроны, т. е. восстанавливаются нитрат калия и сера. Они — окислители.

2N⁺⁵ +10е^- = N⁰₂

S⁰ +2 е^- = S^2- .

Отдает электроны, т. е. окисляется углерод. Он — горючее, он — восстановитель.

• 3C⁰ — 12 е^- = 3C⁺⁴
• 2. Реакция самоокисления-самовосстановления бертолетовой соли:
• 4KCl⁺⁵O₃ = 3KCl⁺⁷O₄ + KCl^-1 (400° C)
• 3Cl⁺⁵ -6е^- = 3Cl⁺⁷ -реакция окисления

Cl⁺⁵ +6е^— = Cl^-1 — реакция восстановления.

• 3. Реакция внутримолекулярного окисления-восстановления бертолетовой соли с выделением кислорода:
• 2KClO^2- ₃ = 2KCl + 3O⁰₂ (150 — 300 °C кат. MnO₂).

Cl⁺⁵ +6е^— = Cl^-1 — реакция восстановления.

• 3O^2- -6е^- = 3O⁰₂ — реакция окисления
• 4. Реакция горения активных металлов
• 2Mg +O₂ = 2MgO

Mg⁰ -2e^- = Mg²⁺ — реакция окисления.

O⁰₂ +4е^- = 2O^2- — реакция восстановления.

• 4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃
• 4Al⁰ — 12e^- = 4Al³⁺ — реакция окисления
• 3O⁰₂ +12е^- = 6O^2- — реакция восстановления

Компоненты фейерверка

Его основные компоненты—горючее и окислитель. В пиротехнике применяются различные горючие вещества. В состав многих смесей входят органические углеродсодержащие материалы, такие, как древесный уголь (используемый в снарядах для фейерверков и в дымном порохе) и сахар (в дымовых гранатах). Прочие широко распространенные горючие вещества содержат неметаллические элементы, такие, как сера, кремний и бор. При окислении кремния и бора выделяется большое количество тепла и не образуются газообразные продукты. Эти вещества применяются во взрывателях замедленного действия для поджига других составов в заданное время. Химически активные металлы, чаще всего алюминий, магний и титан, горят при высоких температурах, испуская яркий свет. Они начали применяться в фейерверках в XIX в. и заметно улучшили их зрелищность.

Окислители — вещества, способные выделять при нагревании кислород, хлор или фтор. Таковыми могут быть нитраты, хлораты, перхлораты, хлор и фторорганические соединения. В фейерверочные составы обязательно входят связующие вещества — цементаторы. В этом качестве используются идитол, шеллак, канифоль, олифа, стеарин, жидкие синтетические смолы.

Дабы предотвращать преждевременное загорание (и сгорание) фейерверка, в его состав вводят так называемые флегматизаторы и стабилизаторы, а для регулирования скорости горения — катализаторы.

Итак, пиротехнический состав—это несколько тонко измельченных и механически смешанных компонентов, это нечто среднее между газовыми смесями и обычным твердым топливом. Элементарный пиротехнический состав состоит из двух компонентов. Вот один из примеров такого рецепта:

Sг (NО₃)₂ — 60% + Mg (магниевый порошок)—40%.

А вот пример трехкомпонентной системы, дающей при горении белое пламя:

Ba (NO₃)₂—75%+Mg—21% + С₁₃Н₁₂О₂ (идитол)—4%.

Все реакции, протекающие при горении этой смеси, проследить очень сложно, однако суммарно происходящий процесс горения состава можно описать уравнением:

13,9Ba (NO₃)₂+ 39,5Mg+C₁₃H₁₂O₂=13,9BaO + 13,9N2+39,5MgO+13CO₂+6H₂0.