Тепловой эффект реакции горения пиротехнических составов
Количество теплоты, выделяющееся при горении пиротехнического состава, в значительной мере определяет его специальный эффект. Количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 г пиротехнического состава, называется тепловым эффектом реакции горения состава. Тепловой эффект реакции горения пиротехнических составов может быть определен двумя путями:
1) вычислением с использованием закона Гесса и
2) экспериментально - сжиганием пиротехнического состава в калориметрической бомбе.
Вычисление теплового эффекта реакции горения
Расчеты проводят на основании закона постоянства сумм теплоты, открытого в 1840 г. русским академиком Г. И. Гессом. Этот закон гласит: Если система один раз переходит из состояния 1 в состояние 2 непосредственно или через некоторый ряд промежуточных состояний, а во второй раз — через другой ряд промежуточных состояний, то тепловой эффект непосредственного превращения равен сумме тепловых эффектов отдельных промежуточных реакций, или сумма эффектов первого ряда превращений равна сумме эффектов второго ряда. Иначе говоря,
Q1,3 = Q1,2 + Q2,3
где Q1.3 — количество теплоты, выделяемое или поглощаемое при переходе системы из состояния 1 в состояние 3, Q1,2 и Q2,3 — количества теплоты, выделяемые или поглощаемые при соответствующих переходах системы из состояния 1 в состояние 2, и из состояния 2 в состояние 3. Из закона Гесса следует, что теплота образования продуктов горения пиротехнического состава непосредственно из элементов равна сумме теплот образования компонентов состава, к которой следует добавить количество тепла, выделяющегося при реакции горения состава. Следовательно, теплота реакции горения определяется как разностью между теплотой образования продуктов горения и теплотой образования компонентов состава: горение пиротехнического состава протекает обычно со сравнительно небольшой скоростью и в открытом пространстве; исходя из этого, можно считать, что горение происходит при постоянном давлении. Так как в расчетных термохимических таблицах обычно приводятся теплоты образования соединений при постоянном давлении, то и по приведенной формуле вычисляется теплота реакции Q2,3 при постоянном давлении. В качестве примера вычисления количества теплоты, выделяющегося при горении пиротехнического состава, приводим расчет теплового эффекта реакции горения смеси:
3Ва(NO3)2 + 1OAl = 3BaO + 3N2 + 5Al2O3.
Теплота образования продуктов горения
5Аl2О3 . . . 393*5=1965
3ВаО . . . 133*3 = 399
Итого: 2364 ккал (Q1,3)
_______________
Теплота образования компонентов состава3Ba(N03)2... 237*3=711 ккал (Q1,2)
Теплота реакции горения
Q2,3 = 2364 — 711 = 1 653 ккал.
Сумма по весу Ва(NО3)2 и алюминия
M = 261,4 • 3 + 27,0 • 10 = 1054.
Тепловой эффект состава в ккс^л/г
q = 1653/1054 = 1,568 ккал/г.
Этим расчет теплоты горения пиротехнических составов отличается от расчета теплоты разложения взрывчатых веществ, где вычисляют Qv. Только при взрывчатом разложении пиротехнических составов можно считать с некоторым приближением, что реакция протекает при постоянном объеме, и следует вводить поправку на отсутствие работы расширения образующихся газов.
Qv = Qp + 0,57n, где Qv,—теплота реакции при постоянном объеме в ккал;
Qp — теплота реакции при постоянном давлении в ккал;
n — число образующихся при реакции молей газообразных продуктов.
Величина 0,57 вычисляется по уравнению состояния pv = RT как произведение RT, где R=1,98 кал/°С и T = 273 + 15
Вернуться на Пиротек - изготовление пиротехники и , бомбы и салюты