كيمياء الألعاب النارية(2) : خصائص مكونات الالعاب النارية

 خصائص مكونات الالعاب النارية

Characteristics of Ingredients of Pyrotechnics Formulations

 

هذه المقالة رقم 2 من سلسلة كيمياء الألعاب النارية و التي أسعى فيها إلى بيان بعض جوانب هذا المجال ببعض التفصيل وأرجو من الله التوفيق الكيميائي محمد إبراهيم.

 خصائص مكونات الالعاب النارية

·        الكثافة Density:

إن كثافة كل من الوقود و المؤكسد و المكونات الاخرى تحدد كثافة الخليط الناري و تعتبر الكثافة عامل مهم لتأثيرها على معدل الاحتراق و التأخير و الضوء.

·        الاسترطابية Hygroscopicity:

تختلف قدرة المؤكسدات على امتصاص الرطوبة وتتفاعل الرطوبة مع أسطح المعادن مشكلة الأكاسيد و الهيدروكسيدات و التي تشكل طبقة خاملة (غير متفاعلة) تؤثر على عملية اشعال الخليط و احتراقة وبالتالي تعطيل الخليط.    

·        نقطة الانصهار و درجة الغليان و درجة حرارة التفكك Melting and Boiling Points and Decomposition Temperature:

تؤثر نقطة الانصهار و درجة الغليان و درجة حرارة التفكك على اشتعال الخليط و معدل الاحتراق فالوقود الذي له نقطة انصهار منخفضة مثل الكبريت و المركبات والعضوية كاللاكتوز تقلل من درجة اشتعال الخليط بينما الوقود الذي له نقطة انصهار مرتفعة يعمل على رفع درجة اشتعال الخليط الناري (خليط الالعاب النارية) وكذلك اذا كان الوقود له درجة حرارة تفكك مرتفعة فإن معدل الاحتراق يكون منخفض و أما بالنسبة للمؤكسد فإن درجة حرارة المرتفعة و طبيعة التفكك الماص للحرارة يعمل على خفض معدل احتراق الخليط . 

·        المحتوى الأكسجيني للمؤكسد Oxygen Content on Oxidizer:

يفضل استخدام المؤكسدات التي لها محتوي أكسجيني مرتفع مثل النترات التي لها القدرة على إطلاق 0.4 – 0.5 من الأكسجين لكل 1جم من المؤكسد ونتج خلائط ذات معدل احتراق مرتفع ولهب ذو حرارة مرتفعة.

·        التوصيل الحراري للوقود و الحاوية Thermal Conductivity of Fuels and Contianer :

يعتبر التوصيل الحراري للوقود وكذلك للحاوية أو الأنبوب الذي يحتوي الخليط يؤثر على معدل احتراق الخليط الناري ويعتبر الوقود الذي له موصلية مرتفعة بأنه مناسب للإستخدام في خلائط المؤقتات الغير منتجة للغازات حيث انتقال الحرارة من طبقة لأخرى من خلال التوصيل الحراري.  

·        طبيعة نواتج الاحتراق Nature of Combustion Products:

نواتج عملية الاحتراق مهمة لتأثيرها المباشر الغرض الرئيس من الخليط الناري (إضاءة – دخان – صوت - ...) حيث يجب أن تكون الغازات أكبر ما يمكن لانتاج الضغط الكافي المناسب لانجاح الخليط الناري فمثلا BaO2 عادة ما يستخدم مع Mg و الذي نواتج احتراقه لها تأثير مباشر على شدة الضوء و الأشعة تحت الحمراء IR وبالتالي التأثير على الخلائط المنتجة للضوء وكذلك ينتج اللون الازرق عند اشتعاله أما نترات الصوديوم فينتج عند احتراقه أيون الصوديوم حيث لهب الصوديوم له لون أصفر فيستخدم في المجال العسكري في قنابل الاضاءة بينما نترات السترونشيوم Sr(NO3)2 تعطي اللون الاحمر عند اشتعالها.   

·        درجة السمية Toxicity:

هذه الخاصية مهمة لأنها تتعلق بسلامة العاملين في هذا المجال حيث أنه من المهم معرفة درجة سمية المواد المستخدمة في أعمال الألعاب النارية (البيروتكنيك) و معرفة طريقة التعامل معها.

الجدول التالي يوضح درجة حرارة الاشتعال لبعض خلائط الالعاب النارية:

حرارة الاشتعال لبعض الخلائط النارية (الالعاب النارية)
الخليط	نقطة الانصهار °C	حرارة الاشتعال °C
كلورات البوتاسيوم	356	150
الكبريت	119
كلورات البوتاسيوم	356	195
اللاكتوز	202
كلورات البوتاسيوم	356	540
المغنيسوم	349
نترات البوتاسيوم	334	340
الكبريت	119
نترات البوتاسيوم	334	390
اللاكتوز	202
نترات البوتاسيوم	334	565
المغنيسوم	649

الجدول التالي يوضح خصائص بعض المواد التي تستخدم كوقود في خلائط الالعاب النارية:

خصائص بعض المواد التي تستخدم كوقود
الوقود	الكثافة جم/سم3	نقطة الانصهار °C	درجة الغليان °C	حرارة الاحتراق k cal /g	نواتج الاحتراق الرئيسة
الألمينوم	2.70	660	2467	7.4	Al 2 O 3
المغنيسوم	1.74	649	1107	5.9	MgO
التيتانيوم	4.51	1660	3287	4.7	TiO 2
التنجستين	19.30	3410	5660	1.1	WO 3
الزنك	7.14	420	907	1.3	ZnO
الزركونيوم	6.51	1852	4377	2.9	ZrO 2
البورون	2.35	2300	2550	14.0	B 2 O 3
الكربون	2.26	يتفكك	-	7.8	CO 2
السيليكون	2.33	1410	2355	7.4	SiO 2

الجدول التالي يوضح خصائص بعض المواد التي تستخدم كمؤكسد في خلائط الالعاب النارية:

خصائص بعض المؤكسدات
المؤكسد	الكثافة	الوزن الجزيئي	نقطة الانصهار °C	حرارة التفكك	O2 المتحرر من 1جم من المؤكسد
نترات الصوديوم NaNO3	2.26	85	307	60.5	0.47
كلورات الباريوم Ba(ClO3)2	3.86	322.3	414	-28.0	0.32
كرومات الباريوم BaCrO 4	4.50	253.3	يتفكك	-	0.095
نترات الباريوم Ba(NO3)2	3.24	261.4	592	104	0.31
بيروكسيد الباريوم BaO2	4.96	169.3	450	17	0.09
كرومات الرصاص PbCrO 4	6.30	323.2	844	-	0.074
أكسيد الرصاص PbO	9.53	223.2	886	-	0.72
كلورات البوتاسيوم KClO3	2.32	122.6	356	-10.6	0.39
نترات البوتاسيوم KNO3	2.11	101.1	334	75.5	0.40
بيروكلورات البوتاسيوم KClO4	2.52	138.6	610	-0.68	0.46
نترات السترونشيوم Sr(NO3)2	2.99	211.6	570	92	0.38