Пиротехнические материалы. Графит. Селитра
Внимание: любые практические опыты в области пиротехники должны производиться квалифицированными специалистами с химическим образованием!
Графит (plumbago - Reissblei, ferrocarbure)
Графит, употребляемый для выделки тиглей и чёрных «итальянских» карандашей, также не что иное, как уголь, и притом самый чистый после алмаза, но происхождение его исключительно минеральное. Встречается либо в железных копях в виде тонких серых пластинок, либо проявляется случайно при неудачной плавке чугуна.
Применение этого сравнительно дорогого материала в фейерверочном деле заключается в том, что он в смеси с составами, богатыми кислородом, усиливает яркость пламени, не придавая огню никакой окраски (чего от простого угля ожидать нельзя), и, кроме того, вызывает более правильное горение. Но всё это не искупает разницу в цене, а потому графит употребляется довольно редко, и - по указанию Ламарра - больше всего в крайне капризных составах для зелёных и голубых звёздочек.
Селитра (sal petrae - Salpeter, salpetre)
Селитра встречается в природе в чистом виде в селитряницах, находящихся около мест, подверженных вулканической работе (поэтому - salpetrae, т.е «соль камня»), но чаще всего её приготовляют из куч («бурт») животных и растительных отложений, содержащих много азота. Вещества эти под влиянием атмосферного кислорода окисляются, превращаясь в азотнокислые соли, которые посредством хлористого калия извлекаются из общей массы и превращаются в азотнокислое кали (Kali nitricurn)’ в продаже называемое «калиевой селитрой», а в быту - просто селитрой.
Калиевая селитра, как бы чиста она ни была, всегда сопровождается хлористыми солями, но в таком ничтожном количестве (1/3000), что их присутствие не играет никакой особенной роли. Хорошее кали имеет вид больших ромбоидальных призм, совершенно сухих, прозрачных и белых, на языке оставляет горький, прохлаждающий, вяжущий, но отнюдь не солёный вкус, очень легко расходится в воде, но не скоро сыреет и, посыпанное на горячие уголья, расплывается и горит фиолетовым или бело-красным огнём, причём образует живое, яркое пламя, но не даёт искр и не отбивает пены. Хорошая, чистая селитра может при хорошей погоде выстоять два-три дня на открытом воздухе, не особенно сырея. Для пробы нередко делают этот опыт, притом взвешивая данное количество на точных весах до и после выветривания: чем селитра станет тяжелее (т.е. чем больше она наберётся влаги), тем она хуже.
Сырую селитру следует высушить, а для этого истолочь на не особенно мелкие куски, продержать в течение нескольких часов на горячей печке, пока кристаллы не потеряют прозрачности, ещё горячую поместить в нагретую ступку, измельчить в порошок, просеять и ссыпать в бутылку, которую закупорить герметично.
Относительно чистоты калиевой селитры заметим, что при покупке у перворазрядных фирм следует предпочитать мелкие кристаллы и даже «осыпь» (порошок, Salpetermehl) крупным кускам; но если фирма ненадёжна, то лучше самому очистить селитру и приготовить порошок, т.к. в нём не только встречается примесь соли, но ещё и подмесь значительно более дешёвого суррогата, а именно чилийской или кубической селитры, называемой в технологии и химии «азотнокислым натром» (Natronsalpeter, Natrum nitricum). Последняя, если её хорошенько просушить и держать в герметично закупоренных сосудах, годится для искристых составов, но в смеси с калиевой селитрой она окрашивает пламя в светло-жёлтый цвет и, главное, она до того гигроскопична, что быстро сыреет и склеивается в глыбы, так что способна вовсе не загореться.
Чистоту калиевой селитры пробуют двумя способами: чтобы узнать, содержит ли она азотнокислый натр, налейте немного безводного спирта в железную ложку, опустив несколько кристалликов, и зажгите; если на краях пламени получится лиловый или фиолетовый огонь, то селитра чиста; если огонь сплошь жёлтый, как воск, то примесь натра несомненна. За неимением спирта или железной ложки пробу можно производить и простыми горячими углями: калий горит фиолетовым огнём, а натр - жёлтым.
Чтобы узнать, содержит ли селитра примесь поваренной соли (хлористого натра) или хлористого кали, аммиака и т.д., распустите несколько кристалликов в дистиллированной воде, а затем прибавьте несколько капель раствора ляписа (азотнокислого серебра). Если в смеси образуется молочная муть и затем осядут творожистые хлопья, то примесь посторонних солей несомненна. В небольшом количестве эта примесь безвредна, но при сильной мути следует очистить селитру и, вместе с тем, удобно тут же её измельчить.
Для этой цели берут каменную или хотя бы медную (но только отнюдь не железную) кастрюлю, наполняют её кипятком, которому дают ещё раз вскипеть на несильном (лучше всего - угольном) огне. Всыпают смесь толчёной сырой селитры с порошком квасцов (на каждый фунт селитры по 1/4 золотника квасцов) и, постоянно помешивая палочкой, снимают накипь ложкой. Квасцы прибавляются отдельно, ради лучшего выделения этой накипи; воды должно быть лишь настолько, чтобы покрыть смесь. Когда накипь вся сойдет, то надо продолжать мешать до тех пор, пока вся вода не испарится, причём огонь должен быть не слишком сильный, чтобы селитра не подгорала (именно ввиду этого и избегаются металлические, а больше всего - железные или чугунные котлы). По окончательной просушке на этом огне остаются мелкие, абсолютно белые кристаллики, которые следует ещё раз протолочь в ступке, доведя их до состояния муки, и просеять. Такая мука называется «варёной селитрой»; невысеявшиеся грубые куски следует подвергать вторичной варке.
Подобная операция не даёт химически чистой селитры: для этого следовало бы повторить варку несколько раз; но для фейерверков и этого достаточно.
Калиевая селитра - одно из самых важных оснований горючих составов: при сильном калении селитра не только плавится, но и выделяет пузырьки кислорода, так что в результате остается почти один калии. Это свойство выделять кислород даёт селитре и её смесям возможность гореть в безвоздушном пространстве, т.к. селитра сама доставляет главный материал для горения. В порохе, например, т.е. в смеси селитры с серой и углем, последние два ингредиента служат только для воспламенения и поддержки горения состава; окисление же зависит исключительно от селитры.
Вследствие этого быстроту и силу горения многих составов значительно увеличивают примесью селитры, тем более что сама по себе селитра даёт яркое, сильное пламя; но «активности» этой не всегда достаточно: чаще всего требуются ещё гораздо более сильные агенты.
«Красная», или дымящаяся, азотная кислота, служащая для приготовления пироксилина, нитроглицерина, гремучей ртути и т.п. составов, получается из смеси 2 частей азотно-натриевой соли и 1 части серной кислоты и состоит из насыщенного раствора двуокиси азота в бесцветной дымящейся азотной кислоте. В перегоне образует красно-жёлтую жидкость, на воздухе выделяет красно-бурые пары, при -49°R застывает в красно-бурую массу; удельный вес - 1,552; отличается особою способностью сильного окисления. Для приготовления дымящейся азотной кислоты к смеси серной кислоты и селитры прибавляют вещество, разлагающее азотную кислоту: прежде брали серу, теперь - крахмальную муку. Способ приготовления, по Бруннеру, следующий: 100 частей селитры и 3,5 частей крахмала обливаются в реторте 100 частями серной кислоты (удельный вес 1,85); реторту наполняют до 1/3. Перегонка начинается без постороннего нагревания, но до конца доводится посредством слабого подогревания. 100 частей азотно-калиевой соли дают около 60 частей сильно окрашенной дымящейся азотной кислоты.
Дымящаяся азотная кислота, даже при 29°R, может воспламенить сухую упаковку, поэтому необходимо пропитать солому, дерево и т.д. насыщенным на холоде раствором глауберовой или горькой соли и т.п. веществами.
Техническое применение дымящейся азотной кислоты основано на свойстве разлагаться при действии на известные вещества: окись азота, двуокись азота и кислород; последний образует с данными веществами окислы или окисляет их в особые соединения. Двуокись азота соединяется со многими органическими веществами и образует «нитросоединения» (пикриновая кислота, нитроглицерин, пироксилин и т.д.). Многие металлы растворяются в не слишком крепкой азотной кислоте, а от более продолжительного действия разрушаются. Некоторые органические вещества, не содержащие азота (клетчатка, крахмал, глюкоза), окисляются азотной кислотой в щавелевую кислоту. Непродолжительное действие очень слабой азотной кислоты превращает крахмальную муку в декстрин, а крепкой - во взрывчатый нитрокрахмал.