Chemia a pirotechnika

                Pirotechnika jest to dział zajmujący się materiałami wybuchowymi min. Petardy, świece dymne, paliwa do rakiet modelarskich. Składnikami, które powodują oczekiwany efekt są związki chemiczna. Bez tego nie był by możliwy żaden wybuch itp. Do substancji pirotechnicznych zaliczamy masę różnych związków i pierwiastków chemicznych, które same lub w połączeniu z innymi związkami bądź pierwiastkami dają pożądane efekty. Większość z nich jest ogólnie dostępna i otacza nas w codziennym życiu, weźmy za przykład cukier, do którego jeszcze wrócimy, jest więcej przykładów substancji używanych w pirotechnice, które są stosowane i które znajdują się w otaczającym nas środowisku. Postaram się krótko każdy z nich scharakteryzować, ale najpierw wyjaśnimy sobie, dlaczego tak w ogóle dochodzi do wybuchu.

                Aby powstał wybuch nie zawsze musi dojść do zapłonu substancji, istnieją substancje, które zapalają się samoistnie i trzeba z nimi obchodzić się bardzo ostrożnie. Większość mieszanin potrzebuje impulsu energii, czyli podpalenia lub włączenia źródła prądu do zapalnika elektrycznego, aby powstała inicjacja, czyli aby zapoczątkować reakcje endotermiczną, podczas, której wytwarza się dużo energii. Oprócz wytwarzania energii, która jest przekazywana w formie ciepła, powstaje również efekt świetlny oraz dym. Oba te efekty nie zawsze powstają podczas reakcji endotermicznej. Bardzo często występują w pirotechnice w postaci płomienia wydostającego się z dyszy rakiety oraz dymu.

                Drugim i bardzo ważnym elementem jest reakcja utleniania i redukcji. Aby zaszła ta reakcja musi być utleniacz i reduktor. Utlenianie jest to przyłączenie cząsteczki tlenu, co związane jest z podwyższeniem stopnia utlenienia pierwiastka chemicznego. Do pospolitych utleniaczy należą: nadmanganian potasowy, dwuchromian potasowy, nadtlenek wodoru oraz azotanu potasu, czyli znana saletra potasowa. Redukcja jest działaniem przeciwnym do utleniania. Najpospolitszym reduktorem jest wodór oraz niektóre związki go zawierające. Redukcja jest związana z obniżeniem wartościowości pierwiastka wobec tlenu.

Najprostszym prochem pirotechnicznym jest mieszanka cukru z saletrą potasowa.

C₁₂H₂₂O₁₁ + 24KNO₃ --> 11H₂0 + 12CO₂ +24KNO₂

To jest równanie ilustrujące cały ten mechanizm. Podczas utleniania saletry cukier redukuje się do dwutlenku węgla oraz wody, która powstaje w postaci pary wodnej. Azot zmienił swój stopień utlenienia. Można powiedzieć, że podczas reakcji cukier spala się do dwutlenku węgla utleniając przy tym azotan potasu. Tak wygląda najprostszy mechanizm wybuchu mieszanin pirotechnicznych.

                Nie będziemy zagłębiać się w szczegółowe reakcje łańcuchowe bardziej skomplikowanych związków, postaram się jeszcze przybliżyć kolejne składniki mieszanin pirotechnicznych.
Wszystkie proporcje dotyczące przeróżnych mieszanin pirotechnicznych można znaleźć w Internecie, więc ja nie będę tutaj podawał żadnych proporcji.

                Jako reduktorów oprócz cukru możemy użyć pierwiastków, są nimi min: węgiel, siarka, aluminium lub magnezu. Część reduktorów (np. siarka i węgiel) po reakcji z tlenem zamienia się w gazy, które możemy użyć do np. napędzania rakiety. Inne reduktory (np. glin i magnez) spalając się wydzielają intensywne światło i podnoszą temperaturę spalania mieszaniny. Aby zapalić mieszaninę musimy dostarczyć jej ciepła, dzięki, któremu wydzieli się tlen i składniki mieszaniny przereagują ze sobą.  Zasada działania różnych mieszanin jest taka sama.

                Trochę o bezpieczeństwie, jak już wspomniałem na początku mieszany pirotechniczne są bardzo niebezpieczne. Trzeba się z nimi obchodzić ostrożnie.  Pamiętaj, aby mieląc każdy składnik osobno, dopiero przemielone składniki mieszaj razem, ale ostrożnie. Gotowe mieszanki nie przetrzymuj dłużej niż dwa do trzech dni, najlepiej wykorzystuj od razu. Jeśli już musisz przetrzymać to pamiętaj, aby zamknąć szczelnie pojemnik. Składniki, czyli utleniacze i reduktory przetrzymuj osobno, najlepiej z dala od siebie.  Podczas pracy zawsze pamiętaj o okularach ochronnych oraz rękawiczkach lateksowych. Najpierw zapoznaj się z instrukcją wykonania prochu, następnie pomyśl a dopiero później zrób.

Bartek