52679 Strona052 (2)

Aby w układzie niejednorodnym zrealizować szybką reakcję, należy przede wszystkim zapewnić możliwość ścisłego, cząsteczkowego zetknięcia się substancji reagujących. Dla substancji znajdujących się w fazie stałej, taka możliwość nie istnieje i dlatego reakcja pomiędzy substancjami stałymi przebiega, jak wiadomo, bardzo wolno¹, nawet w bardzo wysokich temperaturach.

Szybka reakcja pomiędzy dwoma składnikami mas pirotechnicznych może zajść wtedy, gdy co najmniej jeden ze składników znajduje się w stanie ciekłym.

W fazie skondensowanej możliwe są dwa rodzaje układów: ciecz -j- ciało stałe, ciecz -}- ciecz.

Niejednorodność układów pirotechnicznych ma duży wpływ na charakter przebiegu procesów. Bardzo istotna jest okoliczność, że większość składników mas pirotechnicznych ma wyraźnie różne temperatury topnienia, wrzenia i rozkładu termicznego. Mając to na uwadze można łatwo zrozumieć, dlaczego w wielu przypadkach podstawowe (egzotermiczne) reakcje pomiędzy składnikami (lub produktami ich rozkładu) przebiegają na powierzchni granicznej fazy skondensowanej i gazowej, a więc w wariantach: gaz + substancja stała, gaz -|- ciecz.

Szybkość przebiegu tych procesów będzie określona (ograniczona) w znacznej mierze przez szybkość fizycznych procesów: dyfuzji gazowej (i ciekłej) oraz przez szybkość odpływania produktów palenia ze strefy reakcji. Wreszcie, w strefie najwyższej temperatury wszystkie reagujące substancje będą znajdowały się w stanie gazowym (w stanie pary) i reakcja będzie tutaj przebiegała w układzie gaz -f- gaz, to jest w jednolitym układzie gazowym.

W tym ostatnim etapie palenia mas pirotechnicznych w wielu przypadkach bierze udział tlen powietrza. Dodać należy, że temperatura płomienia wielu mas pirotechnicznych jest znacznie wyż-Hza od temperatury płomienia prochu lub nitrozwiązku palącego Kię przy ciśnieniu atmosferycznym.

To, co powiedziano o mechanizmie palenia mas pirotechnicznych, można przedstawić za pomocą schematu bardzo zbliżonego do Nchemaitu palenia prochu, podanego przez J. Zeldiowicza (rys. 8).

Podniesienie temperatury w strefie reakcji w fazie skondensowanej może zachodzić zarówno kosztem ciepła oddawanego z fazy gazowej, jak i 2 powierzchni rozdziału faz, a niekiedy również kosztem ciepła reakcji przebiegającej w fazie skondensowanej.

Do wyjaśnienia kwestii, jakie procesy (w fazie skondensowanej lub gazowej) dominują przy paleniu jakiejkolwiek konkretnej tnasy pirotechnicznej, może przyczynić się wyjaśnienie zagadnienia, w jakiej mierze prędkość palenia zależy od ciśnienia otaczającego ośrodka.

Tma*

Rys. 8. Mechanizm palenia mas pirotechnicznych

Im większa jest zależność prędkości palenia od ciśnienia, tym większy jest ciężar gatunkowy reakcji przebiegającej w Jazie gazowej lub na powierzchni granicznej fazy gazowej i skondensowanej.

Niejednokrotnie na podstawie własności Składników mas pirotechnicznych udaje się wyjaśnić sam mechanizm palenia. Jako przykład niech służą rozważania na temat mechanizmu palenia mas złożonych z chloranu potasowego i magnezu. Chloran potasowy topi się z niewielkim rozkładem w temperaturze 370' C²; maignez topi się w temperaturze znacznie wyższej, mianowicie w 650^UC, wrze w temperaturze 1100°C.

Reakcja między składnikami masy może zaczynać się w układzie:

1.    KClOi ciekły -f Mg stały (faza skondensowana).

Równocześnie w temperaturze 400—600°C przebiega reakcja:

2.    KCIO;, ciekły —► KC1 30 (faza skondensowana) i wydzielony tlen reaguje z magnezem.

3.    Mg stały -j- O gazowy (powierzchnia rozdziału fazy gazowej i skondensowanej).

' W temperaturze 650'C magnez topi się i reakcja przebiega w układzie:

107

1

Fakt, że wiele mas „malogazowych” pali się z dość dużą prędkością, nie przeczy podanym tezom, gdyż jest prawdopodobne, że podstawowa reakcja utleniania substancji palnei przebiega w tych masach w fazach ciekle) lub gazowej, istniejących w temperaturze palenia.

W

2

W razie obecności w chloranie dodatków katalizujących (Mn().,CuO i inne) rozkład jego zaczyna się już w temperaturze 200—250' C.