Пиротехнические материалы. Соли металлов: натр, кали, медные соли

Натр

Металл натрий (Natrium) обладает в высокой степени свойством окрашивать пламя в жёлтый цвет. Соединения его, употребляемые для этой цели в пиротехнике, красят тем сильнее, чем они летучее (эфирнее).

Реакция натрия с водой

Самый яркий цвет производит щавелевокислый натр (Natrium oxalicum - kleesaures Natron, Natrium-Oxalat), состоящий почти наполовину из углекислого натра и щавелевой кислоты. Соль эта не меняется на воздухе и горит прекрасно, но обладает скверным свойством: это единственная ядовитая соль изо всех натровых соединений. Получить ее можно всегда в достаточно чистом виде, но цена - довольно высока. Поэтому пиротехники изготовляют ее сами: насыщают кипяток щавелевой кислотой и подливают в него горячий же концентрированный раствор соды, до тех пор пока углекислота не улетучится совсем, а щавелевокислый натр не осядет на дно в виде зернистого порошка. Когда пузырьков больше не появится и красная лакмусовая бумага не посинеет (а синяя - не покраснеет), тогда охлаждают раствор, сливают жидкость, на воздухе высушивают осадок и получают зернистый кристаллический порошок, негигроскопичный, в кипятке почти не растворимый, безводный, т.е. не содержащий кристаллической воды, сохраняющийся неопределенное время, на вкус - кисло-горьковатый. В соединении с серой дает лучистое пламя (что составляет недостаток). Чаще всего употребляется для театральных фейерверков, т.к. горит почти без дыма.

Азотнокислый натр (Natron nitricum - Natrium-Nitrat, salpetersanres Nitron) - та же чилийская селитра (Chilisalpeter, Natronsalpeter) о которой упомянуто выше. В химически чистом виде (Natrum nitricum siccum et chemic. purum) соль эта не сыреет в сухом воздухе, но в этом виде она вдвое дороже неочищенной соли. Последняя состоит почти на 1/3 из натра и почти на 2/3 из азотной кислоты и содержит в себе примесь нескольких посторонних солей, чаще всего - поваренной (хлористого натра), придающей азотнокислому натру такую гигроскопичность, что он расплывается на воздухе. Содержание поваренной соли можно узнать посредством реакций на раствор ляписа; но тут и пробовать нечего: примесь обязательна, а потом необходимо очищать эту соль. Для этой цели натр растворяют в двойном количестве горячей дистиллированной воды и фильтруют в горячей же воде. Затем оставляют на холод. Затем оставляют на холод, дают соли ссесться в течение нескольких дней, после чего кристаллическая соль осаживается на дне и по стенкам посуды. Тогда выпаривают соль, снова разводят ее кипятком и вторично отстаивают; после этого отстой сливается, кристаллы сушатся, мельчатся, порошок нагревается (но не накаливается) и, еще теплым, помещается в нагретую, абсолютно сухую посуду, где и засмаливается. Вынимается на дело перед самым моментом употребления, иначе сыреет и плохо горит. Дает темно-оранжевое пламя, чаще всего используется для бенгальских огней.

Двууглекислый натр (Natrum bicarbonicum - doppeltkohlensaures Natron, Natrium-Carbonat) продукт очень дешевый, а потому не требует домашней фабрикации. Его часто смешивают с содой, но это неправильно: сода образует просто углекислый натр, тогда как двууглекислый содержит двойное - против соды - количество углекислоты. Соль эта не абсолютно безводна, как щавелевокислый натр, но содержит тоже немного воды, и именно всего лишь один эквивалент. Вода натра имеет особый щелочной вкус и служит основой многим минеральным водам (например, «Виши», натуральной сельтерской и т.д.), двууглекислый же натр употребляется в быту вместе с виннокаменной кислотой для выделки искусственной сельтерской воды (двууглекислой шипучки), а простая сода - для мытья.

Двууглекислый натр находится в продаже в виде больших белых кристаллов. которые на воздухе обветриваются, т.е. теряют кристаллический вид, становятся непрозрачными и распадаются в белый матовый порошок. В пиротехнике пригоден именно только выветрившийся натр, способный заменить щавелевокислый натр, но все же не настолько, чтобы не предпочитать последний первому, если вопрос о цене и ядовитости препарата не играет никакой роли.

Хлорноватокислый натр (Natrium chloricum - Natrium-Chlorat, chlorsaures Natron) дороже, но не лучше азотнокислого, а потому употребляется очень редко; чаще всего - для жёлтых спиртовых огней. Натр этот имеет горький вкус, расплывается в теплоте и легко растворяется в крепком спирте, крайне гигроскопичен.

Хлористый натр (Natrum chloricum - Chlomatron) - не что иное, как поваренная соль (Kochsalz); иногда употребляется в спиртовых огнях для окраски их желтым пламенем.

Борнокислый натр, или бура (Natrum boracicum - Natrium Borat, Borax) продается в виде больших неправильных белых кристаллов, содержащих значительное количество кристаллической воды. Эту воду следует удалить посредством прокаливания кристаллов на железном листе; бура очень скоро тает, пузырится, кипит и, наконец, застывает в виде рыхлой, аморфной массы, которую тут же нужно измельчить, еще раз согреть в печи и немедленно, ещё горячей, положить в герметичный сосуд. Бура даёт светло-зелёный огонь.

Кристаллы борнокислого натра

Для той же цели служит и борная кислота (acidum boricum - Borsaure). содержимая в буре и продающаяся в виде маленьких, тоненьких, точно Маслянистых пластинок. Если кислоту эту развести в алкоголе и зажечь, то образуется эфир, придающий огню нужный светло-зелёный оттенок.

Как бура, так и борная кислота употребляются довольно редко, потому что, благодаря незначительной летучести обоих тел, оба они красят состав довольно слабо.

Кали

Важнейших для пиротехники соединений металла калия (Kalium) - мы уже коснулись выше. Это селитра (азотнокислое кали - Kalium - Nitrat) и бертолетка (хлористокислое кали - Kalium-Chlorat). Остается упомянуть о сернокислом, виннокислом и углекислом кали.

Сернокислое кали (Kali sulphuricum - Kalium-Sulphat, schwefelsaures Kali) - дешёвое вещество, изредка употребляемое для голубых огней: в соединении с бертолеткой производит взрыв. Имеется в виде твёрдых, негигроскопичных белых кристаллов.

Виннокислое кали (Kali tartaricum - weinsaures Kali) - имеет ту же цель. Получается таким образом: в калёной посуде кипятят раствор виннокаменной кислоты (Cremor tartari - кремортартаре) в простой воде и до тех пор добавляют поташа, пока раствор не перестанет давать пузырьков; затем фильтруют, выпаривают, хорошенько сушат и сохраняют кристаллы в герметичных сосудах.

Углекислое кали, или поташ (Kali carbonicum - Potasche) употребляется в лабораторном деле для изготовления различных углекислых солей. Готовится посредством сильного прокаливания винного камня или же покупается готовым (очень дёшево). Но в продаже поташ редко бывает чист, поэтому его нужно растворять в одинаковом по весу количестве воды, дать отстояться 12 часов, фильтровать, выпарить до половины, снова дать отстояться около 12 часов, вторично фильтровать посторонние соли, собравшиеся в виде кристаллов, отделить, а фильтрат выпарить досуха.

Поташ

Медь

Медные соединения служат для окраски огня в зелёный, но преимущественно в синий цвет; зелёный колер дают водянистые соли, а синий - безводные. Первые - при низкой температуре, вторые - при очень высокой, и притом в соединении с как можно большим количеством хлора. В соединении с хлором, хлорной кислотой и селитрой медь до того гигроскопична, что требует добавочного агента (нашатыря); такая «двойная» соль при недостаточно высокой температуре горит не синим, а красным, слабым (т.е. неярким) пламенем. Ввиду всего этого для производства чистого синего пламени обязательна примесь значительного количества бертолетки, а при этом условии - новая беда: пламя получится желаемого цвета, но материал сгорит так скоро, что не даст требуемого эффекта.

Ко всему этому добавим, что все медные соли ядовиты.

Углекислая медь (Cuprum carbonicum - Kupfer-Carbonat, kohlensaures Kupferokyd) встречается в природе в двух минералах: в зелёном камне, известном под названием малахита (Malaehit), и в лазурите (lapis lazuli, Kupferlazur). Последний минерал получает (в измельчённом виде) название горной сини (Bergblau, engliclies Mineralblau) и служит для выделения тёмно-синей краски для живописных работ. Для пиротехнических целей годен только лучший сорт - «английская синь», дающая голубые огни; французские же и немецкие изделия дают зелёную окраску.

Ляпис лазурь

Готовить искусственную углекислую медь крайне просто: сернокислая медь растворяется в кипятке и осаждается растворённым поташем (Kali carbonicum) или содой, осадок собирается на пропускную бумагу, фильтрируется и сушится. Этот продукт - светло-зелёного цвета, красит не хуже соли.

Сернокислая или сернистая медь (Cuprum sulphuratum - Kupfer-Sulfid, senwefelsaures Kupfer) даёт фиолетовое пламя; имеет вид черного, блестящего порошка и состоит из 1/3 серы и из 4/5 меди. Приготовляется следующим образом. В каменном тигле расплавляют и заставляют чистую серу; в кипящую серу ссыпают мелкие, блестящие (т.е. совершенно чистые) медные опилки (их идет по весу вдвое больше, чем серы). Опилки начнут гореть красным пламенем, когда они сгорят, надо продолжать каление до тех пор, пока сера не перестанет выделять паров. Тогда окажется на дне тигеля чёрная, пористая, хрупкая, весьма гигроскопичная масса, которую следует немедленно истолочь, ещё раз подсушить и тотчас же плотно закупорить. Если масса не сплошь черная, то необходимо измельчить её и, добавив серы, снова перетопить.

Осново-сернокислая медь (Cuprum sulphuricum basicum - basisch senwefelsaures Kupfer) - имеет вид жёлто-зелёного порошка. Соль эта негигроскопична, а потом применяется очень часто, но эффект все-таки посредственный. В продаже встречается не всегда, а если и попадается, то чаще всего с примесью железа. Самый дешёвый способ домашнего изготовления этой соли следующий. В кипятке растворяют любое количество азотнокислой меди и добавляют столько раствора углекислого кали, пока не получится осадка; тогда образуется углекислая окись меди, с которой сливают маточный раствор, но тут же покрывают кипятком. Тогда подливают в ту же посуду на 3 весовые части окиси 1 весовую часть медного купороса в растворе и кипятят смесь до тех пор, пока пузырьки углекислоты не перестанут выделяться: как только смесь начнет густеть, необходимо доливать кипятку. Часа через два образуется осадок, который нужно хорошенько промыть на фильтре и высушить. В маточном растворе останется еще избыток сернокислой меди, но эта потеря неизбежна, т.к. иначе в препарате осталась бы часть неизменившейся углекислой окиси меди, которая испортила бы все дело. Вместо азотнокислой окиси меди можно употреблять и более дешевую углекислую, но тут опять-таки помешает примесь железа, которое при выделке соли примешается к осадку в виде водной железной окиси.

Еще более дорогой способ выделки той же соли заключается в том, что сернокислую аммониальную медь (Cuprum sulphuricum ammoniatum - senwefelsaures Ammoniakkupher) мельчат в порошок, рассыпают на бумаге и сушат на печи; через некоторое время синий цвет как бы выветрится и перейдет в зеленый; тогда ссыпают порошок в фарфоровую чашку, доливают кипятком и ставят на огонь. Кипяток станет окрашиваться в синий цвет, слейте воду, добавьте еще кипятку и продолжайте до тех пор, пока вода не перестанет окрашиваться; затем выпарьте и высушите.

Азотнокислая медь (Cuprum nitricum - Kupfernitrat, salpetersaures Kupfer) имеет вид красивых темно-синих кристаллов и сообщает огню прекрасный синий цвет; но до того гигроскопичен, что расплывается на воздухе, а потому служит только для окраски спиртовых огней. Приготовляется крайне просто: медь растворяется в азотной кислоте, а раствор выпаривается в фарфоровой чашке.

Азотнокислая медь, или Нитрат меди(II)

Азотнокислая медная окись аммиака (Kupferammon-Nitrat) - тёмно-синяя кристаллическая, не расплывающаяся на воздухе соль, получающаяся посредством раствора меди в азотной кислоте: раствор до половины выпаривается, а затем разбавляется аммиачным раствором до тех пор, пока синие кристаллы, появившиеся при смеси, не разойдутся и вся жидкость не получит тёмно-голубой цвет. Тогда отставляют сосуд с жидкостью на спокойное место, покрывают листом фильтровальной бумаги и ждут несколько недель. В результате получатся, вследствие испарения, желаемые кристаллы.

Сернокислая окись аммония с медью (Cuprum sulphurico-ammoniatum - Kupferammonsulfat, schwafelsaures Kupferammonoxyd) имеет вид чистых, без зелёного налёта, лазоревых кристаллов, которые на воздухе теряют аммониак и понемногу распадаются. Кристаллы эти растираются в фарфоровой чашке до желаемой степени тонкости, хранятся в герметично закупоренных и тёмных или обклеенных бумагой сосудах, т.к. от действия света соль эта разлагается, обращаясь в зелёный порошок.

В продаже дорога, но домашним способом приготовляется и дёшево, и просто: в насыщенный раствор медного купороса наливают столько нашатырного спирта (аммиачного раствора - Hirschhomgeist, Salmiakgeist), пока образующийся вначале зелёный или светло-голубой осадок не разойдется совершенно; раствор должен иметь тёмно-синий цвет. Тогда осторожно наливают на поверхность раствора некоторую долю крепкого спирта или просто дают раствору отстояться на воздухе и в результате получают тёмно-синие кристаллы, крайне чувствительные к влиянию света и сырости. Соль эта употребляется чаще всего в смеси с сернокислым кали. Даёт весьма порядочные голубые огни. При употреблении для лейхткугелей требует полной просушки объекта до покрытия его «подмазкой» (запалом); иначе аммиак станет выделяться и заставит подмазку отлупиться.

Хлорокись меди (Cuprum chloricum - Kupfer-Chlorid) - происходит от раствора углекислой меди или горной сини в соляной кислоте. Раствор выпаривается, и после осушки получится буровато-жёлтая соляная масса, окрашивающая пламя в яркий зелёный цвет.

Хлорноватокислая окись меди с нашатырём (Chlorsaures Kupferoxydammoniak) - самый лучший по силе окраски в тёмно-синий цвет продукт, но настолько дорогой, что в продаже его почти нет. Соль эта - крайне гигроскопична, а в сухом состоянии взрывается при 60°С; но в смеси с бертолеткой она может легко сохраняться и в сухом виде.

Способ получения этой соли следующий: В двух отдельных бутылках с как можно более длинным горлом (например, из-под английской горькой или малаги) растворяют, каждый отдельно, хлорноватокислый барит и медный купорос - растворы должны быть сделаны на дистиллированной воде и насыщенны (концентрированы) до крайней степени. Оба раствора сливаются вместе в открытой посуде, но не всё количество сразу: в бутылках остаётся часть как одного, так и другого раствора. Купоросного раствора должно быть на вес - 1/3, а барита - 2/3. Жидкость мутится и осаждается, ей дают отстояться. В это время происходит следующее: серная кислота, находившаяся в купоросе, соединяется сосновой хлорнокислой соли, с окисью бария и образует в виде белого жалка наинерастворимсйшую изо всех солей - сернокислый барит; хлорная же кислота захватывает освобождённую окись меди и соединяется с ней в хлорнокислую медь. Это соединение остаётся в суспензии, т.е. в жидком растворе. Теперь требуется узнать, весь ли запас медного купороса переработался со всем наличным количеством хлорнокислого барита. Для этой цели отчерпывают некоторое количество жидкости, фильтруют и наливают в пробирку, в которую затем наливают несколько капель сохранившегося в бутылках насыщенного раствора барита. Если при взбалтывании образуется осадок, то явно, что в суспензии ещё много нерастворённой серно-кислой окиси меди; поэтому нужно подливать раствора сернокислой меди до тех пор, пока не наступит нейтрализация. Если же фильтрат в пробирке не даёт не только осадка, но да-же мути, то раствор содержит избыток хлорнокислого барита и, следовательно, нужно подлить недостающую часть купоросного раствора. Подливать нужно в обоих случаях по каплям и каждый раз взбалтывать, перемешивать и, наконец, дать отстояться. Когда нейтрализация будет достигнута, то смесь нужно фильтровать, причём в остатке получится сернокислый барит, а раствор хлорновато-кислой меди пройдет; после фильтрации нужно слить раствор в фарфоровую чашку и выпарить в песочной банке до густоты сиропа. В этом виде соль уже может прямо служить для спиртовых огней.

Дальнейший ход обработки - двоякий:

1. К выпаренной до густоты сиропа и остуженной жидкости приливают химически чистого нашатырного спирта (плотностью 0,960 г/см³) столько, чтобы жидкость, хорошенько смешанная, снова стала совершенно жидкой. Тогда её отставляют в тень, на такое место, где нет пыли: через несколько дней жидкость, испарившись на воздухе, образует тёмно-синие кристаллы, которые нужно промыть в дистиллированной воде и немедленно закупорить поплотнее. Если же кристаллы зеленоватого цвета, то надо добавить нашатыря, который снова растворит кристаллы, и ждать следующей кристаллизации.
2. Вместо нашатыря прибавляют к сиропу двойное по весу количество бертолетки, мешают и сушат при температуре не выше 100° по Цельсию (т.е. 80° по Реомюру). Эта смесь, содержащая хлорновато-кислой меди лишь на 1/3 своего веса, даст красивое голубое пламя и сохраняется вполне хорошо.

Сернисто-хлорновато-меднокислое кали (schwafelchlorsaures Kupferoxyd-Kali) уступает предыдущей соли в красоте и силе огня, но значительно дешевле и часто в состоянии заменить её. Производство следующее: 1 фунт бертолетки (хлорновато-кислого кали) растворяют в 1 фунте 58 золотниках (или точнее: в 1,670 фунта) дистиллированной, круто вскипячённой воды, а в другом сосуде - 1 фунт медного купороса, разведенного в 1 фунте дистиллированного кипятка. Оба раствора сливают кипящими в медный сосуд, сильно мешают стеклянной или фарфоровой ложкой, затем ставят смесь на огонь, сгущают до состояния патоки, снимают с огня и оставляют испаряться на печке, но подальше от огня (лучше всего - в песчаной бане). Сухой осадок мельчат ещё горячим, просеивают и поплотнее укупоривают.

Уксуснокислая медь, или зелёный крон (Cuprum aceticum - Kupfer-Acetat, essigsaures Kupferoxyd) есть продукт раствора меди в крепком уксусе. В продаже есть в виде светло-зелёных игловидных кристаллов, называется также «кристаллической ярь-медянкой» (krystallisirter Grunspan) и часто служит для голубых и зелёных огней. Но действие этих солей минимально, так же, как и действие щавелевокислой меди (oxalsaures Kupler - продукт раствора щавелевокислого калия на одну из медных солей), мышьякокислой меди (arseniksaures Kupfer), фосфорнокислой меди (phosphorsaures Kupfer) и многих других соединений.

Кристаллы уксуснокислой меди под микроскопом