О пиротехнических составах

Составы, горящие в пиротехнических изделиях, являются главнейшим условием не только эффекта, производимого этими изделиями, но и самого их существования. Горение пиротехнического состава происходит вследствие особенного действия входящих в него тел одно на другое. Чтобы это действия были наилучшими, нужно выбирать тела и брать их в определенных количествах, то есть образовать из них так называемые основные пиротехнические смеси. Чтобы объяснить значение основных смесей, нужно иметь в виду некоторые химические законы, обусловливающие химическое взаимодействие тел. 

Химическая энергия. При горении состава, например, бенгальской свечи, мы замечаем отделение света и дыма, а после горения находим остаток -шкварки, не похожие на горевший состав и не имеющий его свойств; ясно, что при горении состава действовала сила, которая переделала составные его части в другие. Подобное, явления мы замечаем в разных случаях ежедневной жизни, так: дрова, зажженные в печки или на костре, сгорают, образуя дым, уголь и золу. Не похожие на горевшее дерево; коровье масло, долго стоявшее в тепле, издает дурной запах, получает противный вкус и делается негодным в пищу, следовательно претерпевает такие изменения, которые делают его не похожим на прежнее масло. Во всех этих случаях проявляется некоторая энергия, разрушающая одни тела и созидающая вместо них другие - шкварки из состава, дым, уголь и золу из дерева. Эту неизвестную энергию называют химической энергией, а самый процесс химической реакцией. Наука, изучающая проявления химической энергии и результаты этого проявления, называется химией. Эта интересная отрасль естественных, наук сделала много весьма важных открытий и достигла многих весьма существенных практических результатов. Из добытых химией положений мы рассмотрим некоторые, которые применяются в  пиротехнических составах. 

Находящиеся в природе тела, разделяются на простые металлы, уголь, сера и сложные, составленные из простых — сахар, вода, дерево... В природе гораздо меньше простых тел, нежели сложных. Современная химия насчитываем всего до 70 простых тел, при том многие из них мало распространены в природе, а представляют только научный интерес. 

Простые тела входят в состав сложных не в произвольных количествах, как смесь сахара с водой, а всегда в определенных по весу относительных количествах. Для обозначения простых тел приняты условные знаки - начальные буквы их латинских названий, например, знак серы S (Sulfur), углерода C (Carbogenium); эти же знаки обозначают и то известное весовое количество простого тела, называемое весом пая, или атома, в размере которого оно может входить в состав сложных тел. За единицу принимают вес самого легкого тела - газа водорода, обозначаемая буквой H, т. е. полагают H~1. 

Поваренная соль ,например, состоит из металла натрия (Na) и газа хлора (Cl); формула соли NaCl; вес паев тел: Na=23; Cl=35.5 Значить в 58.5 частях поваренной соли 23 части натрия и 35.5 части хлора; эти количества, при известных условиях, могут выделиться или перейти в состав другого сложного тела, конечно в таких же количествах. И так в 1 части поваренный соли будет содержаться: Na - 23/58.5, а Cl - 35.5/58.5; а следовательно в 100 частях соли будет: Na (23/58.5)*100=39.3 части, а Cl (35.5/58.5)=60,7 части.

Вес пая сложного тела равен сумме весов паев входящих в него простых тел. 

Простые тела могут входить в сложное в количестве одного или нескольких паев; число паев (атомов) простого тела, входящих в состав сложного, принято обозначать цифрой, помещаемой около знака тела: так напр., формула селитры KNO3 показывает, что в это тело входит по одному паю металла калия (К=39) и газа азота (N=14) и три пая газа кислорода (0=16); следовательно вес атома селитры будем 39+14+16.3=101. Вес пая тростникового (обыкновенная) сахара, имеющего формулу: С12H22O11 (С=12;Н=1; 0=16) будет 12.12+22+16.11=342. 

Из последней формулы мы видим, что сахар состоит из трех простых тел; очевидно, что эти тела вошли в сахар не в своем обыкновенном виде, как смесь, но претерпели при этом какое то изменение в самом веществе. 

Список пригодных для пиротехники простых и сложных тел с обозначениями химического состава и веса пая помещен здесь. 

Химическое сходство. Все тела заключают в себе запас химической энергии, то есть способность образовать новые химические соединения; но не всякое из них способно соединяться химически с каждым другим телом, взятым наудачу. Большая или меньшая способность простого тела образовать с известными телами сложное химическое соединение составляет основный характер этого простого тела. Стремление двух тел соединяться между собою называется химическим сходством: чем сходство сильнее, тем энергичнее происходит образование нового тела и тем прочнее состав его. Так, большинство простых тел имеет сильное сходство к кислороду и дает с ним прочные соединения; напр., сера в зависимости от количества соединенного с нею кислорода образует: сернистую (SO2) и серную (SO3) кислоты; углерод (уголь) - углекислоту (СO2) и окись углерода (СО); водород - воду (Н2O) и т. д.. В свою очередь названные сложные тела легко соединяются с другими, напр., металлами и образуют прочные соединения - соли. Напротив, газ азот имеет весьма слабое сходство к кислороду; так напр., воздух состоит из 4/5 части по весу азота и 1/5 часть кислорода; но эти газы смешаны механически, а не составляют химического соединения.
Если мы возьмем не очень прочную соль, напр, бертолетову (КСlO3) в прибавим к ней серу, имеющую большое сходство к кислороду, то можем, выделить из бертолетовой соли хлор и кислород, которые, согласно различной степени химического сходства, соединятся первый с калием, а второй— с серой; при этом получится твердое тело KCl и газ SO2; здесь разложение обусловлено сильным сходством серы к кислороду. Если мы желаем, чтобы все частицы тел участвовали в процессе, то, руководствуясь формулой разложения: 2KClO3-3S=2KCl+3SO2, должны взять два пая (атома) бертолетовой соли (245 весовых частей) и 3 пая серы (96 таких же частей); тогда получили, смесь из 341 произвольной весовой части. Переводя эти количества на 100 весовых частей смеси по пропорции 245:341=Х:100 и 96:341=У:100 получим: бертолетовой соли 72 части (71,85), серы 28 частей (28,15).
При разложении этой смеси получим: хлористого калия (КСl) 44 части и сернистой кислоты (SO2) - 56 частей. 

Химическая реакция. Зависимость её от теплоты, света и других условий. Взаимодействие тел, при котором происходить химическое изменение их состава, называется химической реакцией. Для успеха реакции между телами нужно во-первых химическое сходство между ними, а во-вторых - некоторые другие условия. Так, для горения угля необходимо не только присутствие воздуха, вернее кислорода, но и то условие, чтобы часть угля была накалена; накаленная часть угля загорается, то есть проявляет с кислородом химическую реакцию; при горение выделяется тепло, нагревающая соединенные частицы угля, которые загорятся, когда будут достаточно накалены. Главнейшие условия, оказывающие влияние на ход химической реакции:
1) Степень нагревания. Для начала большинства реакций необходимо известное повышение температуры в части смеси; дальнейшее действие нагревания сообщается соседним частицам отделением тепла от реагирующих химически х частиц. Во время проявления химических процессов смеси выделяют теплоту, напряжение которой в некоторых случаях бывает так велико, что появляется свет. Это проявление теплоты и света при горении дров, угля и тд. имеет громадное значение в жизни человека: оно составляет главный источник для искусственного получения нагревания и освещения.
2) Свет. Он обусловливает химические реакции в слабейшей степени, нежели тепло, так что под влиянием света могут изменяться только некоторые вообще мало прочные соединения. Потому, если хотят предохранить от химического разложения не очень прочные химические соли, например, некоторые лекарства, то вещества эти сохраняют в стекляшках из темного стекла, мало пропускающего луч света.
Испытание прочности смеси. Если желают узнать - прочна ли известная пиротехническая смесь, то ее выставляют на свет. Мало прочные соединения при этом начинают химически разлагаться, обнаруживая это или отделяющимся запахом вновь появляющихся тел, или окрашиванием смеси новым химическим соединением. Реакция нагревает смесь и может довести ее до самовоспламенения; для избежали этого испытываемую смесь обливают предварительно водой.
3) Механические влияния также могут способствовать ходу химических процессов. Многие вещества разлагаются от одного трения или удара; таковы серебренные и ртутные соли гремучей кислоты; таков состав, помещаемый в ружейные капсюли, который разлагается от удара курка или бойка. Трение вызывает горите серы за счет кислорода бертолетовой соли, при растирании этих тел вместе; а потому такое растирание, для безопасности от взрыва, должно производиться медленно и без сильного нажимания пестиком.
4) Степень соприкосновение частиц действующих тел много влияет на ход и быстроту химических процессов. Поэтому если хотят, чтобы твердые тела действовали друг на друга химически, то предварительно обращают каждое из них в мелкий порошок, которые перемешивают между собой как можно тщательнее. 

Реакции медленный и быстрые. Химические реакции, смотря по степени сходства реагирующих тел и характеру их соединений, происходят не одинаково быстро, так - реакция между составными частями пороха происходит почти мгновенно—в сотые доли секунды; сухие дрова сгорают в полчаса; а химическое взаимодействие между спиртом и кислотами в вине продолжается целые годы и десятки лет, образуя ароматические сложные эфиры, придающие букет старому вину.
Для пиротехника пригодны только быстрые химические реакции, напоминающие разложение пороха. Такие реакции должны выделять много тепла и света, то есть обусловливать горящие смеси с отделением большого количества упругих газов, как движущей силы, или яркого пламени определенного цвета. Для подобных реакций нужно выбирать тела, обладающие большим запасом химической энергии, т. е. соединять их с такими, к которым они имеют сильное сходство. Во всех таких реакциях тела соединяются с кислородом, что и составляет сущность горения; кислород употребляется не в отдельном виде, а в соединении с такими телами, от которых его легко могут отделить энергичные химические деятели. Чаще всего кислород употребляется в виде не очень прочных кислот: хлорноватой и азотной, соединенных с металлами в виде солей, например: бертолетовой (КСlO3) и селитры; следовательно эти соли являются как бы сжигающими. Из тел имеющих сильное сродство к кислороду, как бы горючих, в пиротехнических смесях употребляются чаще других: углерод (С), образующий при реакции окись углерода (СО) и углекислоту (С02), сера (S), дающая: сернистую (SO2) и серную (SO3) кислоты, и водород, дающий воду (Н2O). Тела эти иногда берутся в отдельном виде - уголь и сера, иногда в сернистых и углеродистых соединениях - сахар (С12Н22О11), канифоль (С20Н30O2) и т.д. При, реакциях недеятельный азот (N) выделяется обыкновенно в чистом виде, а хлор (Cl), имеющий сильное сходство ко многим металлам, часто образует с ними хлористые соединения.