Producția de efecte de culoare și lumină, pirotehnica de atelier

Focuri de artificii de înaltă altitudine "Willow Weeping" izbucnesc la altitudine mare și lasă pe cer o imagine caracteristică - stele mari, care ard lent, cad la pământ. Carbune este folosit pentru a crea o culoare de aur atractiv, iar azotatul de potasiu ("Zambelli Internationale") este folosit ca agent de oxidare pentru a produce un amestec lent de ardere.







Producția de efecte de culoare și lumină.

Producția de efecte de lumină strălucitoare și colorate este obiectivul principal al multor compoziții pirotehnice. Radiația luminii are multe aplicații, de la semnalele militare și luminile de semnalizare de urgență la autostrăzi și la focurile de artificii spectaculoase de înaltă altitudine.

Măsurarea cantitativă a intensității luminoase (intensitatea luminii) într-un curent și lumina integrală (radiată totală de energie măsurată în candele secunde / grame) poate depinde de un număr de parametri controlate, cum ar fi diametrul containerului, echipamentul de măsurare și rata de ardere. Prin urmare, este necesar să se analizeze cu atenție și să se compare datele obținute din diferite rapoarte.

Compoziția de iluminare este albă.

Producția de efecte de culoare și lumină, pirotehnica de atelier
Salute de culoare albă

Pentru a emite lumină albă, este necesar un amestec care arde la o temperatură ridicată, creând un număr suficient de atomi în stare excitată sau molecule în stare de vapori, împreună cu particule fierbinți sau solide. Particulele strălucitoare emit un spectru larg de valuri de lungimi diferite în regiunea vizibilă a spectrului electromagnetic, astfel încât lumina albă este percepută de om. Intens atomi de radiație de sodiu în stare de vapori, excitate la o stare electronică de energie mai mare a temperaturii ridicate flacara, este principala sursă de lumină în compozițiile torțe pe bază de nitrat de sodiu / magneziu / liant organic, care sunt utilizate pe scară largă de către militari.

Combustibilul de magneziu sau aluminiu este conținut în majoritatea compușilor de iluminat albe. Aceste metale emit cantități considerabile de căldură în timpul oxidării, și produșii de reacție de topire înaltă de oxid de magneziu (MgO) și aluminiu (OLED-uri A12 O3) sunt bune emițătoare de lumină la temperaturi înalte de reacție, care pot fi obținute atunci când se utilizează acești combustibili. Titanul și zirconiul sunt, de asemenea, un bun combustibil pentru compozițiile de iluminat de culoare albă.

Principalul factor de luat în considerare la alegere

Producția de efecte de culoare și lumină, pirotehnica de atelier
Focuri de artificii de culoare albă

De aceea, în primul rând, trebuie să alegeți acel oxidant, care are o temperatură de descompunere exotermă, cum ar fi cloratul de potasiu (KCI03). Cu toate acestea, amestecurile de clorați și perclorați cu combustibil activ din metal sunt prea sensibile la aprindere pentru a fi utilizate în scopuri comerciale. Astfel sunt preferați compușii nitrați, mai puțin reactivi, dar mai sigure. Percloratul de potasiu este utilizat cu aluminiu și magneziu în anumite amestecuri pentru a produce o inflamare. Aceștia sunt compuși cu reacție excesivă a căror viteză de reacție este în intervalul de explozie.

Azotatul de sodiu este o altă alegere frecventă. Cu toate acestea, este suficient de higroscopic, astfel încât în ​​timpul producerii și depozitării sale este necesar să se ia măsurile de precauție necesare pentru a evita intrarea în umiditate. nitrat de sodiu dă căldură bun per gram din cauza o greutate mică atomic de sodiu (adică, 23), și radiația flacără intensă de la atomic de sodiu în stare de vapori, contribuie foarte mult la intensitatea luminii de ansamblu. Pe de altă parte, nitratul de potasiu nu este o sursă bună de radiații atomice sau moleculare și este foarte rar folosit (dacă este deloc) ca singur agent de oxidare în compoziția de lumină albă.

Magneziul este un combustibil care se găsește în majoritatea corpurilor de iluminat militar, precum și în multe focuri de artificii. Aluminiu și titan. Magneziu și aliaj de aluminiu magnum și sulfură de antimoniu (Sb2 S3) sunt folosite pentru efectele luminii albe în compozițiile multor focuri de artificii. Unele formule pentru compoziții care dau lumină albă sunt prezentate în Tabelul 1.

Proporția de ingrediente este de așteptat să afecteze eficacitatea amestecului. Indicatorii optimi de performanță sunt așteptați atunci când se atinge un punct stoichiometric, dar excesul de combustibil metalic crește, de regulă, rata de ardere și intensitatea emisiei de lumină. metalic suplimentar crește conductivitatea termică a amestecului, contribuind astfel la arderea, iar combustibilul în exces - în special un metal volatil, cum ar fi magneziu (punct de fierbere - 1107 ° C) - se poate vaporiza și arde sub influența oxigenului conținut în aer pentru a genera căldură și lumină suplimentară . Combinația de nitrat de sodiu / magneziu este utilizată pe scară largă pentru compuși de iluminat militar. Datele pentru această combinație sunt date în tabelul 2.







Astfel, Formula A din Tabelul 2 conține un exces de oxidant. Este un amestec care arde tot mai lent și produce cea mai mică cantitate de căldură. Formula B conține un surplus de magneziu și este cel mai reactiv dintre cele trei; Arderea excesului de magneziu în aer ar trebui să mărească considerabil eficacitatea acestui amestec.

Aceste compoziții de iluminat, în special cele care conțin exces de metal, prezintă un efect semnificativ la altitudine. Reducerea presiunii atmosferice și, în consecință, scăderea conținutului de oxigen la altitudini mari vor încetini rata de ardere, deoarece excesul de combustibil nu va fi consumat în mod rațional.

Amestecuri pentru producerea blițului.

Pentru a obține un focar pe termen scurt, este nevoie de un amestec care să reacționeze foarte repede. Particulele de dimensiuni mici sunt folosite pentru a crește reactivitatea oxidantului și a combustibilului, dar, în același timp, crește sensibilitatea. Prin urmare, aceste amestecuri sunt foarte periculoase pentru preparare, iar operațiunile de amestecare ar trebui efectuate întotdeauna la distanță. Unele amestecuri caracteristice pentru producerea flarei sunt prezentate în tabelul 3.

Inovația în tehnologiile de producere a rachetelor militare a fost crearea de dispozitive care conțin pulberi metalice mici fără un oxidant. În schimb, se utilizează o încărcătură puternică de spargere. Când este aprins, această încărcătură risipește particulele de metal la temperatură ridicată și apoi se oxidează sub influența aerului, în timp ce lumina este emisă. Amestecarea oxidantului și a combustibilului pentru a face aceste amestecuri de iluminat nu este periculoasă.

TABELUL 1. Compoziții de iluminat de culoare albă

Producția de scânteie strălucitoare este unul dintre principalele efecte pe care le are producătorul de artificii și industria de efecte speciale. Scânteile pot apărea atunci când sunt arse multe amestecuri pirotehnice și pot fi atât de dorite, cât și de nedorite.

Scânteile apar atunci când particule lichide sau solide - fie elementele principale ale amestecului sau particulele create pe suprafața de ardere - sunt deplasate de presiunea gazului produs în timpul reacției de înaltă energie. Aceste particule strălucitoare părăsesc zona de flacără și continuă să emită lumină, în timp ce se răcesc sau continuă să reacționeze cu oxigenul conținut în atmosferă. Mărimea particulelor de combustibil va determina în mare măsură numărul și mărimea scânteilor. Cu cât dimensiunea particulelor este mai mare, cu atât vor fi mai multe scântei. Producătorii folosesc adesea o combinație de particule mici de combustibil pentru a produce căldură cu particule mai mari pentru efectul de scântei.

Particule metalice - în special aluminiu. titan și aliaj "magnaliy" - produce scântei bune de culoare albă. De asemenea, carbune adecvat, cu o dimensiune suficient de mare a particulelor, care produce scântei de culoare portocalie. Culoarea scânteilor din particulele de fier variază de la aur la alb, în ​​funcție de temperatura de reacție. Acestea sunt strălucirile strălucitoare care fac parte din faimoasele focuri de artificii de aur lansate în SUA în Ziua Independenței.

TABELUL 3. Amestecuri pentru producerea blițului

Perclorat de potasiu KClO4

Perclorat de potasiu KClO4

Perclorat de potasiu KClO4

Magneziul nu produce un efect de scânteie bun. Acest metal are un punct de fierbere scăzut (1107 ° C) și, prin urmare, se evaporă de obicei și reacționează complet în flacăra pirotehnică. "Magnaliy" poate produce scântei bune care ard în aer, producând un sunet neobișnuit de crackling. Câteva formule de formare a scântei sunt date în Tabelul 4. Amintiți-vă că în timpul producerii de scântei dimensiunea particulelor de combustibil este foarte importantă, deci ar trebui să experimentați pentru a determina mărimea ideală.

Pentru un efect de scântei bun, combustibilul trebuie să conțină particule de dimensiuni care le-ar permite să scape din flacără înainte de ardere completă. În plus, oxidantul nu ar trebui să fie prea eficient, altfel o reacție deplină va apărea în flacără. Scânsele din cărbune sunt dificil de obținut cu ajutorul oxidanților mai fierți, caz în care este mai bine să se utilizeze nitrat de potasiu (KNO3) cu o temperatură scăzută a flăcării. Pentru a obține un efect de scântei bun, este necesar să se ajute la eliberarea particulelor din flacără. Pentru aceasta, este necesar să se producă o anumită cantitate de gaz. Pentru acest scop, poate furniza cărbune, alți combustibili organici și lianți, precum și ionul de azotat.

TABELUL 4. Amestecuri spumante

Perclorat de potasiu KClO4

(Faceți o pastă de dextrină
și apă, apoi adăugați
oxidant și combustibil)

Perclorat de potasiu KClO4

Scânteile albe, efectul cascadei

Praf de aluminiu pirotehnic

Fulgi de aluminiu de 30-80 mesh

Fulgi de aluminiu 5-30 mesh

Notă: Dimensiunea particulelor combustibilului este foarte importantă pentru determinarea mărimii scânteilor.

Tremură și strălucește.

Cu o selecție atentă a combustibilului și a oxidantului pentru amestecul de scântei, puteți obține câteva efecte vizuale interesante.

Atunci când fulgii mari de aluminiu ard, pot fi produse scânteii mari de culoare albă. Aceste fulgi ard continuu după eliberarea din flacără, creând un efect frumos alb pâlpâind. Ele sunt folosite într-o varietate de focuri de artificii.

Picăturile pudră de pudră de aluminiu, eliberate din flacără, se aprind în aer și produc un strălucitor strălucitor luminos. Pentru a obține efectul de luciu, este necesară o sare de nitrat (de preferință KNO3), precum și sulf sau un compus de sulfură. Este probabil ca la un punct de topire scăzut (334 ° C) de azotat de potasiu să se formeze o fază lichidă care este cel puțin parțial responsabilă pentru acest efect. Unele formule pentru efectul lucios folosind pulbere de aluminiu sunt prezentate în tabelul 5. Se crede că abilitatea anumitor compoziții conținând magneziu sau „magnalium“ aliaj arde stroboscop pulsator cum ar fi, un nou fenomen care implică două reacții separate. Se produce un proces "întunecat" lent până când se produce o cantitate suficientă de căldură pentru a iniția o reacție rapidă care emite lumină. Reacțiile întunecate și ușoare se alternează, creând un efect de gât.

Unele elemente și compuși, atunci când sunt încălzite la temperaturi înalte, au proprietatea unică a liniilor radiante sau a fâșiilor înguste de lumină în regiunea vizibilă (380-780 nanometri) a spectrului electromagnetic. Această radiație este percepută de om ca o culoare, iar producția de lumină colorată este unul dintre cele mai importante obiective ale unui chimist pirotehnic. Tabelul 6 prezintă culorile asociate diferitelor zone ale spectrului vizibil. De asemenea, în Tabelul 6 există culori suplimentare care sunt percepute atunci când privim la lumina albă, fără o anumită parte a spectrului vizibil.

Pentru a produce culoarea, căldura (din reacția dintre oxidant și combustibil) și particulele emițătoare de lumină sunt necesare. Compușii de sodiu adăugați la amestecul termic dau flacărei o culoare galbenă. Sărurile de stronțiu dau o culoare roșie, compușii de bariu și cupru sunt verzi și unele amestecuri care conțin cupru sunt albastre. Este posibil să se obțină o culoare utilizând radiația luminoasă bandă îngustă (de exemplu, lumina în intervalul 435-480 nanometri este perceput ca albastru) sau folosind intervale multiple de lumină, care se combină pentru a da o lumină certă. De exemplu, amestecarea luminii albastre și roșii în proporțiile corecte va da un efect purpuriu. Teoria culorii este un subiect complex, dar fiecare persoană care dorește să creeze o flacără colorată ar trebui să o studieze.







Trimiteți-le prietenilor: