Муниципальное образовательное учреждениесредняя общеобразовательная школа № 76Сормовского района г. Нижнего Новгорода

НАУЧНОЕ ОБЩЕСТВО УЧАЩИХСЯ

МИРНЫЙ ПОРОХ

Работу выполнил:ученик 9 «А» классаКоновалов Никита,

Научный руководитель:Шульпина О.Ю.,

учитель химии

Нижний Новгород2010

Содержание

Стр.Введение ……………………………………………………………………. 3

ГЛАВА 1 История пороха ……………………………………..4

ГЛАВА 2 Самое важное о порохе ……………………………..6

2.1 Виды порохов ……………………………… 6

2.2 Характеристики основных типов порохов…… 10

2.3 Основа пиротехники – черный дымный порохов …… 11

2.4 Горение пороха и его регулирование …………………..12

ГЛАВА 3. Практическая часть «Мирный» порох ………….15

Заключение …………………………………………………………………..17

Список литературы ………………………………………………………….18

2

Введение

Сейчас в мире ведётся множество боевых действий. Войны ведутся с

использованием огромного количества орудий: наземных, водных,

подводных, воздушных и др. почти каждый день орудия совершенствуются,

и появляются всё новые и новые виды. Но, несмотря на их разнообразие, в

основе практически каждого орудия лежит порох. В орудиях порох

используется с 14 века. С того времени он во многом усовершенствовался,

однако современное военное дело не представляет своё существование без

пороха. Люди придумали оружие массового уничтожения, в которых не

применяют порох, например атомная бомба. Но эти орудия почти не

используется, так как люди понимают, что они очень опасны. Поэтому войны

ведутся с использованием порохового орудия.

Я считаю эту тему актуальной, и поэтому мне захотелось узнать больше о его

принципе действия, как он используется в орудиях .

Порох относится к военным средствам, и потому является достаточно

закрытой темой. Несмотря на это мне удалось найти некоторую

информацию, на которую я и опирался в своей работе.

Также мне хотелось узнать, где ещё применяется порох в мирных целях.

3

Глава 1. История пороха

Первым представителем пороха и взрывчатых веществ был дымный

порох — механическая смесь калиевой селитры, угля и серы, обычно в

соотношении 75:15:10. Существует устойчивое мнение, что подобные

составы появились ещё в древности и применялись главным образом в

качестве зажигательных и разрушительных средств. Однако материальных

или надёжных документальных подтверждений этого не найдено. В природе

месторождения селитры встречаются редко, а калиевая селитра, необходимая

для изготовления достаточно стабильных составов, не встречается вообще.

В Китае рецепт пороха появился в 1044 году, но возможно порох

существовал и ранее; некоторые считают что изобретателем пороха или

предвестником изобретения был Вэй Боян во II веке. О предполагаемом

изобретении пороха средневековыми китайцами см. четыре великих

изобретения.

Изготовление калиевой селитры требует разработанных технологических

приёмов, которые появились лишь с развитием химии в XV—XVI веках.

Изготовление углеродных материалов с высокоразвитой удельной

поверхностью типа древесных углей также требует развитой технологии,

появившейся лишь с развитием металлургии железа. Наиболее вероятным

является использование различных природных селитросодержащих смесей с

органикой, обладающих свойствами, присущими пиротехническим составам.

Одним из изобретателей пороха принято считать монаха Бертольда Шварца.

Метательное свойство дымного пороха было открыто значительно позже и

послужило толчком к развитию огнестрельного оружия. В Европе (в том

числе и на Руси) известен с XIII века; до середины XIX века оставался

единственным взрывчатым веществом бризантного действия и до конца XIX

века — метательным средством.

4

С изобретением нитроцеллюлозных порохов, а затем и индивидуальных

мощных взрывчатых веществ, дымный порох в значительной мере утратил

своё значение.

Впервые пироксилиновый порох был получен во Франции П. Вьелем в 1884,

баллиститный порох — в Швеции Альфредом Нобелем в 1888, кордитный

порох — в Великобритании в конце XIX века. Примерно в то же время (1887-

91) в России Дмитрий Менделеев разработал пироколлодийный порох, а

группа инженеров Охтенского порохового завода — пироксилиновый порох.

В 30-х годах XX века в СССР впервые были созданы заряды из

баллиститного пороха для реактивных снарядов, успешно применявшихся

войсками в период Великой Отечественной войны (реактивные системы

залпового огня). Смесевые пороха для ракетных двигателей были

разработаны в конце 1940-х годов.

Дальнейшее совершенствование порохов ведётся в направлении создания

новых рецептур, порохов специального назначения и улучшения их

основных характеристик.

5

Глава 2. Самое важное о порохе

2.1 Виды порохов

Различают два вида пороха: смесевые (в том числе дымный) и

нитроцеллюлозные (бездымные). Пороха, применяемые в ракетных

двигателях, называются твёрдыми ракетными топливами. Основу

нитроцеллюлозных порохов составляют нитроцеллюлоза и растворитель.

Помимо основных компонентов эти пороха содержат присадки.

Порох по традиции называют взрывчатым веществом, хотя с современной

точки зрения он им и не является. При длительном хранении в ненадлежащих

условиях нитропороха могут превращаться в бризантное взрывчатое

вещество. Это может привести к повреждению ствола, из которого

производится выстрел.

Смесевые пороха

Современные дымные пороха изготовляются в виде зёрен неправильной

формы. Основой для получения пороха является смесь, в состав которой

входит 75% KNO3 (калиевая селитра) 15% C (древесный уголь) и 10% S

(сера). Роль окислителя в них выполняет селитра, основного горючего —

уголь. Сера является цементирующим веществом, понижающим

гигроскопичность пороха и облегчающим его воспламенение.

Сорта дымных порохов:

шнуровой (для огнепроводных шнуров);

ружейный (для воспламенителей к зарядам из нитроцеллюлозных порохов и

смесевых твёрдых топлив, а также для вышибных зарядов в зажигательных и

осветительных снарядах);

крупнозернистый (для воспламенителей);

медленногорящий (для усилителей и замедлителей в трубках и взрывателях);

минный (для взрывных работ);

охотничий;

6

спортивный.

Дымный порох легко воспламеняется под действием пламени и искры

(температура вспышки 300° С), поэтому в обращении опасен. Хранится в

герметической укупорке отдельно от других видов пороха. Гигроскопичен,

при содержании влаги более 2% плохо воспламеняется. Процесс

производства дымных порохов предусматривает смешение

тонкоизмельчённых компонентов и обработку полученной пороховой мякоти

до получения зёрен заданных размеров. Коррозия стволов при использовании

дымного пороха намного сильнее, чем от нитроцеллюлозных порохов,

поскольку побочным продуктом сгорания является серная и сернистая

кислоты. В настоящее время дымный порох используется в фейерверках.

Примерно до конца XIX века применялся в огнестрельном оружии и

взрывных боеприпасах.

Твёрдое ракетное топливо

Твёрдые ракетные топлива относят к смесевым порохам. Они содержат

примерно 60-70% перхлората аммония (окислитель), 15-20% полимерного

связующего (горючее), 10-20% порошкообразного алюминия и различных

присадок. Перед баллиститными порохами они обладают рядом

преимуществ: более высокой удельной тягой, меньшей зависимостью

скорости горения от давления и температуры, большим диапазоном

регулирования скорости горения при помощи различных присадок и т. п.

Нитроцеллюлозные пороха (бездымный порох)

По составу и типу растворителя нитроцеллюлозные пороха делятся на:

пироксилиновые, баллиститные и кордитные.

7

Пироксилиновые

В состав пироксилиновых порохов обычно входит 91-96% пироксилина, 1,2-

5% летучих веществ (спирт, эфир и вода), 1,0-1.5% стабилизатора

(дифениламин) для увеличения стойкости при хранении, 2-6%

флегматизатора для замедления горения наружных слоев пороховых зёрен,

0,2-0,3% графита и пламегасящие присадки. Такие пороха изготовляются в

виде пластинок, лент, колец, трубок и зёрен с одним или несколькими

каналами; применяются в стрелковом оружии и в артиллерии. Основными

недостатками пироксилиновых порохов являются: изменение содержания

остаточного растворителя и влаги при хранении, что отрицательно

сказывается на их баллистических характеристиках: длительность

технологического цикла производства (от 6-10 дней до 1 месяца). В

зависимости от присадок и назначения помимо обычных пироксилиновых

имеются специальные пороха: пламегасящие, малогигроскопичные,

малоградиентные (с малой зависимостью скорости горения от температуры

заряда); малоэрозионные (с пониженным разгарно-эрозионным воздействием

на канал ствола); флегматизированные (с пониженной скоростью горения

поверхностных слоев); пористые и другие. Процесс производства

пироксилиновых порохов предусматривает растворение (желатинизацию)

пироксилина, прессование полученной пороховой массы и резку для

придания пороховым элементам определённой формы и размеров, удаление

избыточного растворителя и состоит из ряда последовательных операций.

Баллиститные

Основу баллиститных порохов составляют нитроцеллюлоза и неудаляемый

(труднолетучий) растворитель, поэтому их иногда называют двухосновными.

В зависимости от применяемого растворителя они называются

нитроглицериновыми, дигликолевыми и т. д. Обычный состав баллиститных

порохов: 50-60% коллоксилина (нитроцеллюлоза с содержанием азота менее

12,2%) и 25-40% нитроглицерина (нитроглицериновые пороха) или

8

диэтиленгликольдинитрата (дигликолевые пороха) либо их смеси. Кроме

того, в состав этих порохов входят ароматические нитросоединения

(например динитротолуол), стабилизаторы (централит), а также вазелин,

камфара и другие присадки. Порох изготовляются в виде трубок, пластин,

колец и лент. По применению баллиститные пороха делят на ракетные (для

зарядов к ракетным двигателям и газогенераторам), артиллерийские (для

метательных зарядов к артиллерийским орудиям) и миномётные (для

метательных зарядов к миномётам). По сравнению с пироксилиновыми

баллиститные пороха отличаются меньшей гигроскопичностью, быстротой

изготовления (6-8 часов), возможностью получения крупных зарядов (до 1

метра в диаметре), высокой физической стойкостью и стабильностью

баллистических характеристик. Недостатком баллиститных порохов является

большая опасность в производстве, обусловленная наличием в их составе

мощного взрывчатого вещества — нитроглицерина, очень чувствительного к

внешним воздействиям. Технологический процесс производства

баллиститных порохов предусматривает смешение компонентов в тёплой

воде в целях их равномерного распределения, отжимку воды и многократное

вальцевание на горячих вальцах. При этом удаляется вода и происходит

полная желатинизация нитрата целлюлозы, который приобретает вид

роговидного полотна. Далее порох выпрессовывают через матрицы или

прокатывают в тонкие листы и режут.

Кордитные

Кордитные пороха содержат высокоазотный пироксилин, для растворения

которого требуется кроме нитроглицерина добавка летучих растворителей

(спирто-эфирная смесь, ацетон). Это приближает технологию производства

данных порохов к производству пироксилиновых порохов. Преимущество

кордитов — большая мощность, однако они вызывают повышенный разгар

стволов.

9

2.2 Характеристики основных типов порохов

Основными характеристиками пороха являются: теплота взрывчатого

превращения Q — количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1

килограмма пороха; объём газообразных продуктов W выделяемых при

сгорании 1 килограмма пороха (определяется после приведения газов к

нормальным условиям); температура газов Т, определяемая при сгорании

пороха в условиях постоянного объёма и отсутствия тепловых потерь;

плотность пороха ρ; сила пороха f — работа, которую мог бы совершить 1

килограмм пороховых газов, расширяясь при нагревании на Т градусов при

нормальном атмосферном давлении.

Порох Q, ккал/кг W, дм3/кг Т, К

Пироксилиновый 700 900 2270

900 1000 2900

Баллистические:

ракетный 1200 860 2790

артиллерийский 880 750 2550

кордитный 850 990 2900

дымный 700 300 2400

10

2.3 Основа пиротехники – черный дымный порох

Химизм процесса

Дымный, или чёрный, порох представляет собой смесь калийной

селитры (нитрата калия - KNO3), серы (S) и угля (C). Он воспламеняется при

температуре около 300 °С. Порох может взрываться и от удара. В его состав

входят окислитель (селитра) и восстановитель (уголь). Сера также является

восстановителем, но главная её функция — связывать калий в прочное

соединение. При горении пороха протекает реакция:

2KNO3+ЗС+S=K2S+N2+3СО2, в результате которой выделяется большой

объём газообразных веществ. С этим и связано использование пороха в

военном деле: образующиеся при взрыве и расширяющиеся от тепла реакции

газы выталкивают пулю из оружейного ствола. В образовании сульфида

калия легко убедиться, понюхав ствол ружья. Он пахнет сероводородом —

продуктом гидролиза сульфида калия.

Черный порох – классический представитель ТОСов (топливно –

окислительных смесей). Его другое название – дымный порох. Он

представляет из себя гранулы черного цвета и изготавливается путем

граннулирования пороховой мякоти(сокр.-ПМ). 1)Пороховая мякоть – это

механическая смесь веществ. В её состав входит 3 вещества: нитрат калия,

уголь и сера. Нитрат калия является окислителем, уголь – горючим, сера

11

выполняет ряд побочных функций – она является цементатором, облегчает

воспламенение, уменьшает гигроскопичность, а также принимает важную

роль в протекании физико – химических реакций горения пороха.

Метательными характеристиками порох обязан углю. При его окислении

образуется углекислый и в небольших количествах, угарный газ.

Вообще, химическая реакция горения пороха протекает в несколько этапов:

1)Под действием температуры инициатора идет разложение небольшого

количества нитрата калия:

4KNO3=2K2O+2N2+5O2

2)Под действием кислорода, сера окисляется до оксида серы(VI):

2S+3O2=2SO3

3)Оксид калия реагирует с оксидом серы:

K2O+SO3=K2SO4

4)Под действием температуры сульфат калия распадается:

K2SO4=K2S+2O2

5)Уголь, входящий в состав, реагирует с кислородом, образованном при

разложении сульфата калия:

C+O2=CO2

6)В итоге общая реакция выглядит примерно вот так:

2KNO3+S+3C=K2S+N2+3CO2

Конечно, помимо этого в ходе химической реакции образуются и другие

вещества, например карбонат калия K2CO3, однако их количество

незначительно.

2.4 Горение пороха и его регулирование

Горение происходит параллельными слоями, не переходящее во взрыв,

обусловливается передачей тепла от слоя к слою и достигается

изготовлением достаточно монолитных пороховых элементов, лишённых

трещин. Поскольку возможность проникновения продуктов горения внутрь

вещества исключена, горение пороха устойчиво при больших внешних

12

давлениях. Горение параллельными слоями позволяет регулировать скорость

газообразования. Газообразование пороха зависит от величины поверхности

заряда и скорости его горения.

Величина поверхности пороховых элементов определяется их формой,

геометрическими размерами и может в процессе горения увеличиваться или

уменьшаться. Такое горение называется соответственно прогрессивным или

дегрессивным. Для получения постоянной скорости газообразования или её

изменения по определённому закону отдельные участки зарядов (например

ракетных) покрывают слоем негорючих материалов (бронировкой). Скорость

горения порохов зависит от их состава, начальной температуры и давления.

13

Чувствительность дымного пороха к лучу пламени и хорошее зажигающее

действие, удобство прессование в виде разных элементов. Эти свойства

делают дымный порох незаменимым и по настоящее время.

14

Глава 3. Практическая часть

«Мирный» порох

В литературе приводится много рецептов получения порохов в

домашних условиях, используемых в пиротехнике – это дымные черные

пороха на основе калийной селитры. В целях безопасности я не стал

акцентировать свое внимание на этом, хотя все описанные методы вполне

доступны и если честно, сделать что то подобное своими руками хотелось.

Все таки я получил «порох» в домашних условиях и дал ему свое название

«мирный». Его можно использовать для получения огня без спичек.

Берется содержимое медицинской аптечки и подручные вещества, которые

используются, например, в походных условиях:

перманганат калия KMnO4 – 3 г;

активированный уголь С – 2 таблетки;

сахарный песок C12 H22 O11 – 3 г;

сухая заварка – щепотка

Инградиенты пересыпаются в место, где их можно истолочь, затем смесь

пересыпается в место, где ее можно поджечь. Данная смесь поджигается

даже без спичек, если поднести к ней лупу.

15

Под действием температуры инициатора идет разложение небольшого

количества перманганата калия, что и приводит в последствии к

воспламенению:

2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2↑

C + O2 → CO2

C12 H22 O11 + 12O2 → 12CO2 + 11H2 O

16

Заключение

В настоящее время, особенно зимой, в продаже имеется большое

количество различных фейерверков и бомбочек. Они пользуются большим

спросом у детей, но надо помнить, что они опасны. Ежегодно около 300

детей получают ранения из-за неаккуратного использования

пиротехнических изделий. Большинство из них производятся в Китае. Они

сделаны очень некачественно с использованием плохих материалов. В основе

бомбочек лежит порох и сера. Чтобы зажечь бомбочку нужно поднести к

сере огонь или провести по спичечному чирку. От серы огонь переходит к

пороху, и происходит взрыв.

В следующем году я хотел бы продолжить эту тему и рассмотреть более

подробно бездымный порох. Хорошо бы сделать порох в лабораторных

условиях и изучить его свойства. И может быть, когда-нибудь,

организовать производство «безопасных» бомбочек, сделанных в России.

17

Список литературы

1. Алексинский, В.Н. Занимательные опыты по химии:

Учебное издание / В.Н. Алексинский. - М.: Просвещение, 1995. – 96 с.

2. Иванов, А.С. Мир химии: Учебное издание / А.С. Иванов. - М.:

Просвещение, 1993.–220 с.

3. Верховский, В.Н. Катализ горения взрывчатых веществ:

Учебное издание / В.Н. Верховский. - М.: Просвещение, 1973. – 548 с.

4. Ангелова, В.Н. Пороха: Учебное издание / В.Н. Ангелова. - М.:

Просвещение, 1974. – 356 с.

18