История пиротехнической химии. Ударные, силовые, зажигательные и пламенные составы.

Ударные составы (Schlagsatze)

Для ударов ("шлагов") чаще всего служит простой порох, более или менее крепко набитый в особые патроны; иного материала употреблять для этой цели не следует.

Черный порох

Силовые составы (Treftsatze)

Силовые составы имеют целью произвести движение посредством напора развиваемых ими газов, - например, для поднятия ракеты. Достигается это, во-первых, возможною быстротой и энергичностью горения, во-вторых - развитием возможно большего количества газов, в-третьих - возможно плотным сжатием (набивкой) состава, так чтобы он занимал как можно меньше места.Спасательные береговые ракеты (Strandraketen), к которым привязывается конец кабельтов, заряжаются составом, сходным с порохом, а именно: селитры - 23 части, серы - 48 частей, хорошо прожжённого угля - 13 1/2 части.Для иных целей употребляют в зависимости от требующейся энергии:

Огни эти можно красить, но следует иметь в виду, что красящие примеси несколько ослабляют степень воспламеняемости составов, а нитраты и хлораты красящих металлов, способных отчасти заменить селитру, легко сыреют. Последнему обстоятельству можно, впрочем, помочь тем, что продушины, через которые воздух мог бы проникнуть до состава, залепляют плёнкой коллодия (раствора пироксилина в эфире) или гуттаперчевого клея (раствора резины в сернистом углероде).

Зажигательные составы (Zunndsatze)

Прямое назначение зажигательных, или "палительных" составов (Zunndsatze) заключается в передаче огня, т.е. в поджигании фигур и декораций; но вместе с тем, они же служат и для иных целей, например, для выделки фитилей, чтобы всегда иметь наготове живой огонь для спуска фейерверка. Сообразно с этим состав может в иных случаях требоваться очень быстро горящий (как, например, для приводов), а в другом - возможно медленный (например, для палительных фитилей). Кроме того, для трудно воспламеняемых смесей требуется значительно более энергичный запал, чем для огня смесей, легко воспламеняющихся.

В общем, зажигательные составы выделываются преимущественно из пороховой мякоти или пыли, с примесью серного состава и некоторых органических веществ, имеющих способность воспламеняться быстро, но гореть медленно. В первом ряду таких веществ находится смола (иногда - дёготь). Без примеси органических веществ смесь серого состава с пороховой мякотью развивает при горении очень высокую температуру, гораздо выше той, которая потребовалась бы, например, для воспламенения дерева, но сам акт горения слишком непродолжителен, чтобы вызвать из дерева выделение газов, необходимое для его зажигания: дерево только опалится, слегка обуглится, но продолжать гореть не станет. Если же прибавить органические примеси, то они, зажжённые составом, выделяют углеводороды, которые, сгорая, передадут огонь дереву и т.п. горючим телам. Следовательно, примеси эти не только замедляют огонь, но также усиливают и поддерживают жар.

Моток фитильного шнура

Для летучих огней, пробегающих в секунду 25 - 30 футов, часто пользуются пироксилиновыми нитками, которые хороши тем, что не боятся сырости. Для "стопинов" - палительной нитки или ленты, об изготовлении которой упомянуто будет ниже - употребляются в различных дозах и смесях селитра, сажа, уголь, пороховая пыль, камедь, бертолетова соль, льняной клей, минеральное масло, водка, вода, азотнокислый свинец, свинцовый сахар и т.д. Быстрота горения зависит частично от состава, но также и от способа применения; если, например, приготовить стопины из смеси, состоящей из 12 частей бертолетки, 3 частей угля и 1 части камеди, и просто зажечь, то они горят довольно медленно; если же их вставить в тонкие гильзы (калибром в 3 линии), то горение происходит чрезвычайно быстро.

Для медленного горения запалов употребляются составы из селитры, серы, мякоти, смолы (или дегтя), сернистого антимония и т.п.

Для подмазки (Anfeucrung) - полужидкой массы, служащей одновременно для замазывания шеек гильзы и патронов и для воспламенения содержащихся в них составов - служат более или менее сильно горящие вещества: мякоть, селитра, сера, бертолетка, молочный сахар, мелкий уголь и т.д.

Специально для подмазок, но также и для выделки мелких объектов, употребляется пороховое тесто, состоящее из мякоти, смоченной водкой, в которой разведено 1-2 % камеди. Большего процента камеди, чем 2:1000 употреблять нельзя: такое тесто слишком затвердеет и будет чересчур медленно гореть; вообще для раствора требуется не более 3 % на 100 частей мякоти, иначе тесто не скоро просохнет. Сушить надо в тени. Водка или спирт - самые непригодные вещества для раствора: тесто, приготовленное на водке, гораздо гигроскопичнее и горит медленнее; уксус же - хуже всего, т.к. он образует вовсе не желательное окисление и вообще химические изменения в составе.

Пламенные составы

В нормальном состоянии газы, по большей части, обладают температурой не выше окружающей среды (temperature ambiante) - например, светильный газ, водород и т.п. Если же газы эти разогреть, то по достижении соответствующей температуры они раскаляются и образуют пламя; следовательно, пламя представляет собой не "особый вид" раскалённых газов, как утверждает О. Фрей, а только особое их состояние.

Пламя, производимое спиртом или чистым водородом, - бледно, при свете едва заметно; другие газы, особенно те, которые происходят от солей и металлических соединений, дают видимый, яркий, чаще всего окрашенный свет. Но и пламя спирта или водорода можно сделать ярким и цветным, если прибавить к основе частичку вещества, которое, при раскалывании давало бы требуемый колер.

В пиротехнике спирт в качестве основы употребляется только для спиртовых огней, горящих, кстати сказать, очень тускло и пригодных исключительно для особых целей, о которых будет упомянуто ниже.

Основой же составов, имеющих назначение дать яркое пассивное пламя - белое или цветное, служат преимущественно основные или родственные им составы. Комплект основы зависит в данном случае от степени воспламеняемости препарата; так, например, для трудноплавких веществ употребляется преимущественно серно-калиевая сера, для наиболее огнеупорных - селитряная сера, для легко воспламеняемых - пороховая мякоть; и то, и другое, и третье - в различных дозах и смесях. Особенно пригоден, как уже замечено, серый состав, потому что продуктом его горения является нелетучая и неплавкая сернокалиевая соль, раскаляемая пламенем горящего состава. Поэтому все пламенные составы следовало бы выделывать по этому принципу и выбирать для окрашивания огня такую соль, которая при температуре, развиваемой горением состава, всё ещё оставалась бы огнепостоянной.

Разноцветное пламя

Сила и яркость пламени зависит от свойства веществ, служащих его производителем; таким веществом преимущественно являются сера и целый ряд горючих органических тел, содержащих углерод и водород, как смола, жир, сахар и т.д. При невысокой температуре вещества эти разлагаются на светящийся газ, который во время горения выбрасывает в пламя мелкие угольные частицы (солей), придающие огню жёлтую окраску и более или менее яркий свет. Но если посредством примеси селитры или бертолетки повысить температуру настолько, чтобы предупредить образование светящегося газа, то горючее органическое вещество переходит в чистый углеводородный газ и разлагается на водород и уголь; последний выделяется в твёрдом виде и, перегорая, образует углекислый газ и углекислоту. Если при этом количество примеси органических веществ дозировано правильно, то пламя, не содержащее угольного осадка, даёт мало света, является почти совершенно чистым и легко принимает постороннюю окраску; если же примесь слишком значительна, то она чересчур замедлит горение, понизит температуру, придаст огню жёлтый или красный цвет и таким образом получит колер красящей примеси.

Сера не даёт особенно большого пламени, но, усиливая огонь, лишь незначительно мутит окраску; смолы и жир имеют способность во время плавки обволакивать остальные примеси, вследствие чего сильно поднимают температуру, а вдобавок дают значительный осадок угля и, благодаря этому, образуют нечистое пламя.

Самое яркое пламя и самая отчётливая окраска получаются в том случае, когда окислителем служит хлорноватокислый калий.

На силу и яркость пламени влияют ещё несколько иных обстоятельств и, между прочим, набивка и количество красящей примеси.

Пассивнее и медленнее всего горит состав в виде порошка, свободно насыпанного горкой или дорожкой, а также - в очень тонких гильзах крупного калибра. Быстрее и энергичнее всего происходит горение при набивке в малокалиберные гильзы (например, у римских свечей) или при сильном метании по воздуху (лейхткугели). В силу этого Нида подразделяет пассивные составы на три категории: на светосильные (с большим рефлексом), на яркоцветные (с красивой окраской) и на лейхткугельные.

Цветная окраска придаётся чаще всего солями, металлами и металлическими соединениями; например, для белого цвета применяют сернистый мышьяк, азотнокислый свинец, сурьму и т.д.; для жёлтого цвета - соли натрия; для голубого - цинк и медные соли; для зелёного - бор, медь, таллий и барий; для красного - литий, кальций, стронций и т.д. Так например, Uhden составляет хороший белый огонь с красивыми синими краями из 20 частей селитры, 5 частей серы, I части угли и 4 частей сернистого кадмия; для маяков в случае надобности в сигнальных огнях употреблялась смесь щавелевобариевой соли с бертолеткой и т.д.

Относительно дозировки красящей примеси следует иметь в виду, что окрашивание пламени начинается при наличии известного количества этих ингредиентов, и затем с усилением дозы возрастает и густота цвета - но только до известной нормы, дальше которой уже является ослабление краски, притом в обратной пропорции: чем примеси больше, тем колер слабее. Объясняется это тем, что вне пределов нормы у состава уже не хватает жара, чтобы раскалить красящие ингредиенты.

Корректура составов - особенно важная при выделке цветных смесей, иногда очень дорогих - заключается в том, что состав, при испытании оказывающийся негодным, не бросают, а исправляют путём примеси веществ, изменяющих характер состава. Если состав, например, горит слишком медленно, то причина та, что доза горючей основы (серы, угля, смолы) слишком велика в сравнении с дозой производителей кислорода (селитры, бертолетки), вследствие чего в момент горения выделяется недостаточное количество кислорода. Следовательно, требуется прибавить окислителей. Но сколько? Это на практике покажет следующий опыт. Возьмите 1 кг препарата, разделите его на 20 равных частей (по 50 г) и затем прибавьте последовательно к каждой части по 1 г селитры или бертолетки так, что в первой кучке будет содержаться 50 грамм состава + 1 г окислителя, во второй + 2 г, в третьей + 3 г и т.д. Потом зажгите кучки в последовательном порядке и тогда же найдете, сколько именно требуется прибавки. Допустим, например, что кучка №9 горит так же, как следует, а № 10 уже слишком скоро - следовательно, на каждые 50 г требуется прибавки по 9 г. Теперь взвесьте всю оставшуюся массу состава и с помощью простого расчёта прибавьте окислителя, сколько нужно.

Допустим обратный случай: состав горит слишком быстро; следовательно, в нём слишком много окислителей, а потому, чтобы замедлить горение, надо прибавить горючей основы (угля или серы), но вместе с этим и красящей примеси: иначе получится ослабление окраски. Тот же эмпирический опыт с 20 кучками и последовательными прибавками приведёт и в этом случае к желаемой цели.

Если же густота окраски слаба, то красящего материала может быть вполне достаточно, но не хватает жары, чтобы раскалить его до желаемой степени. Особенно часто случается это с соединениями бария и стронция, преимущественно же - с соединениями кальция, требующего очень высокой температуры. В таком случае поднимают температуру соответствующей прибавкой смеси бертолетки с серой, причём количество прибавки определяется такой же пробой, как и для определения прибавки окислителей или основ. Если же опыт покажет, что окраска, несмотря на усиление жары, не густеет, то приходится тем же путём прибавить количество красящих веществ.

Сообщаю здесь несколько полезных указаний, приведённых Чиколевым относительно корректуры составов.

Заметим раньше всего, что с ослаблением примеси цвет густеет, а с усилением - становится жиже.

Составы, содержащие селитру, ослабляются её прибавлением и усиливаются убавлением; то же самое повторяется с азотнокислыми солями стронциана, барита и т.д.

Прибавка бертолетовой соли усиливает состав, убавка - ослабляет; если соли этой и без того много, то усиливают действие прибавлением примеси, не содержащей, однако, азотнокислых солей.

От прибавления каломеля или нашатыря состав слабеет, а цвет густеет; от убавления - получаются более яркие огни.

Нашатырь действует несколько слабее каломеля, делает состав гигроскопичным и, подмешанный в большом количестве, вредит горению; но зато нашатырь значительно дешевле. В составах, содержащих сахар, нельзя заменить каломель нашатырём: благодаря развиваемой последним гигроскопичности, состав сначала сыреет, а затем расплывается. По той же причине составы, содержащие бертолетку в присутствии серы или сернистого металла, в случае прибавки нашатыря становятся более опасными относительно самовоспламенения.

Состав с молочным сахаром можно ослабить прибавкой крахмала, причём цвет и яркость огня не изменяются; состав с крахмалом усиливают прибавкой молочного сахара.

Щавелевокислый стронциан можно заменить двууглекислым кальцием, но в ущерб яркости и густоте цвета.

Щавелевокислый натр можно заменить двууглекислым натром, но в ущерб красоте цвета.

До того как перейти к синтезу пламенных составов, необходимо предупредить, что многие из них крайне ядовиты, а большинство - донельзя взрывчаты.

Поэтому растирать каждый ингредиент нужно отдельно и как можно мельче, а мешать исключительно рукой, причём необходимо принять требуемые предосторожности касательно отравления. Если же взрывчатым составом требуется зарядить гильзу, то предварительно смачивают его спиртом или водкой настолько, чтобы масса во время работы оставалась влажной или сыроватой; только при этом условии можно быть гарантированным, что состав этот, несмотря на сдавливание при набивке, не вспыхнет.