Химические основы пиротехники и проблемы безопасности

Министерство образования  и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Смоленский государственный  университет

Естественно-географический факультет

Кафедра экологии, химии и МПХ

 

 

 

Химические основы пиротехники и проблемы безопасности

Курсовая работа

 

 

Студентки 3 курса

Группы 32 БХ

Марютиной

Ольги Николаевны

 

 

Научный руководитель:

доц. Миренкова

Елена Васильевна

 

 

 

Смоленск

   2012

Содержание

Введение…………………………………………………………………….....3-4

Глава 1. Пиротехнические  составы

1.1. Элементарные понятия и термины пиротехники……………………..5-7

1.2. Физико-химические свойства пиротехнических составов…………...8-11

1.3. Основные компоненты  пиротехнических составов

1.3.1. Окислители. Технические требования к окислителям………12-15

1.3.2.Горючие. Основные требования………………………………16-22

1.3.3.Цементаторы……………………………………………………23-28

1.3.4. Катализаторы………………………………………………….29-30

Глава 2. Виды фейерверков……………………………………………….31-34

Глава 3. Проблемы безопасности при использовании пиротехнических  изделий

3.1. Факторы, возникающие при срабатывании фейерверка………35-37

3.2. Самостоятельное проведение фейерверков…………………..…38-39

3.3 Правила по безопасному использованию пиротехники……...…40-42

Заключение……………………………………………………………………...43

Список литературы…………………………………………………………….44

Приложения…………………………………………………………………..45-49

 

 

 

 

Введение

Как развлечение пиротехника  существует, наверное, с тех пор, когда ещё дикий человек, наблюдая ночью за лесными пожарами, видел, что при падении горящих деревьев в небо поднимается масса красных  и оранжевых искр. Он сидел на берегу широкой реки, понимая, что  ему ничего не угрожает и любовался  зрелищем.

С тех пор прошло много  времени, но и поныне человек зачарованно  смотрит на огонь, будь то пламя костра или топка камина. Когда же нам  показывают фейерверк – тем более  хочется смотреть, не отрываясь, чтоб не пропустить что-то интересное. А  в фейерверке интересно всё!

Необычайно широкий спрос  на фейерверки в последние 10-15 лет  породил и соответствующее количество предложений. Однако в такой специфической области деятельности, когда фейерверки и другие специальные эффекты в театрах, парках, при массовых гуляниях и праздниках, стали обязательными, участились и непредвиденные случаи с травмами, а иногда и трагическими последствиями. Появились и появляются новые полуподпольные мастерские, где кустарными способами, с грубыми нарушениями требований техники безопасности изготавливаются пиротехнические изделия. Перед праздником на городских рынках любому покупателю, даже детям, открыто продают фейерверочные изделия сомнительного производства и неизвестного срока их изготовления. На просроченную продукцию иностранного производства наклеивают российские этикетки и инструкции, а изделия уже давно непригодны и даже опасны для использования.

Обычно слово фейерверк  употребляют как для названия самого зрелища, так и для обозначения  изделий, создающих это зрелище. Эти изделия также часто называют "фейерверочные изделия" или "пиротехнические  изделия".

 « Пиротехническое  изделие » являются общим понятием  и включают в себя любые  гражданские и военные изделия,  основанные на использовании  процесса горения - спички, дымовые шашки, сигнальные и осветительные ракеты, патроны, снаряды и т. д. Основу фейерверочных изделий составляют пиротехнические составы - смеси горючих веществ и окислителей. Эти составы легко воспламеняются и ярко горят.

  Поэтому фейерверки являются ОГНЕОПАСНЫМИ ИЗДЕЛИЯМИ И ТРЕБУЮТ ПОВЫШЕННОГО ВНИМАНИЯ ПРИ ОБРАЩЕНИИ С НИМИ!

Цель: изучить химические основы пиротехники и выявить приемы безопасного использования пиротехнических устройств в быту

Задачи:

1. Познакомится с физико-химическими свойствами пиротехнических составов.
2. Изучить компоненты пиротехнических составов и основные  технические требования к ним.
3. Рассмотреть основные опасные факторы, возникающие при срабатывании фейерверка.
4. Познакомиться с разнообразными видами фейерверков на рынке пиротехнических изделий.
5. Научиться правильно выбирать места покупки пиротехники
6. Дать рекомендации о правильном и безопасном использовании пиротехнических изделий

 

Объект исследования является:  пиротехника как разновидность прикладной химии.

Предмет исследования составляет:  пиротехнические составы и безопасное использование пиротехнических изделий.

 

 

 

 

Глава 1. Пиротехнические  составы

1.1. Элементарные  понятия и термины пиротехники

Всякий  пиротехнический  эффект происходит в результате процесса горения, представляющего собой  окислительно-восстановительную реакцию, при которой окисление одних  компонентов протекает одновременно с восстановлением других.

При горении веществ повышается их температура, и это ведёт к  образованию пламени, свечению или  выделению дыма. Для получения  того или иного эффекта пиротехнические  составы сжигают на открытом воздухе, либо в смесь с горючими веществами вводят вещества, богатые кислородом и способные легко отдавать его. Такие вещества называются окислителями.

Почти все пиротехнические  составы содержат окислители, в качестве которых применяются соли хлорноватой, азотной и других кислот, пероксид бария, оксиды железа, марганца и свинца.

В качестве горючих материалов используются металлы: Mg, Al, Cu, Be, Zn, Fe, Sb; неметаллы: P, S, C, Si, B; органические и неорганические соединения: бензол, толуол, нафталин, антрацен, парафин, сульфиды, карбиды и другие.

Смесь из горючего вещества и окислителя называется основной двойной смесью. На основе двойной смеси приготавливают различные пиротехнические составы. В зависимости от требований, предъявляемых к составу, в основную смесь добавляют различные добавки – компоненты.

Для придания составу механической прочности используются вещества, способные  связывать состав при его прессовании. Такие вещества называются цементаторами. Обычно они бывают горючими. В качестве цементаторов применяются идитол, бакелиты, канифоль, шеллак, олифа, клей (декстрин), различные лаки и другие.

Для уменьшения активности пиротехнических составов и понижения  их чувствительности к механическим и тепловым импульсам в составы  добавляют вещества, замедляющие процесс горения – флегматизаторы. В их число входит парафин, канифоль и некоторые масла.

Для ускорения процесса горения  в составы вводят вещества, называемые активаторами. К ним, например, относятся перекись марганца, тиомочевина и другие химикаты.

Вводя в состав различные  компоненты, либо меняя их количественное соотношение, можно регулировать течение  процесса горения в соответствии с требованиями, которые предъявляются  к пиротехническим изделиям различного назначения.

Для воспламенения любого пиротехнического состава необходимо затратить определённое количество энергии. Эта энергия называется начальным импульсом. В качестве начального импульса могут быть использованы механическая, химическая, тепловая, лучистая и другие виды энергии, оказывающие тепловое воздействие.

Характер горения пиротехнического состава во многих случаях зависит от вида начального импульса. Например: один и тот же состав при воспламенении его от искры горит сравнительно ровно и медленно, а при воздействии на него более мощным импульсом – взрывается.

Каждый пиротехнический  состав воспламеняется при определённой температуре. Температура, при которой  начинается горение пиротехнического состава под воздействием пламени, называют температурой воспламенения. По температуре воспламенения того или другого пиротехнического состава устанавливают безопасный режим производства, хранения и применения пиротехнических изделий, изготовленных из этого состава химикатов.

Часто пиротехнический состав, подвергающийся нагреву, воспламеняется самопроизвольно, без воздействия  на него открытого огня. Температура, при которой в условиях нагрева  состав самовозгорается, называется температурой возгорания. Для многих пиротехнических составов она равна 250⁰С.  Можно значительно снизить температуру самовоспламенения, вводя в пиротехнический состав хлораты.   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Физико-химические  свойства пиротехнических составов.

К основным физико-техническим  свойствам пиротехнического состава  относятся:

• Чувствительность
• Стойкость
• Гигроскопичность
• Взрывчатые свойства
• Скорость горения состава

Чувствительность

Чувствительностью называется способность пиротехнического состава  реагировать на воздействие начального импульса, то есть пламени, удара, трения и так далее. Она зависит от химических свойств веществ, входящих в состав, степени измельчения, примесей, содержащихся в компонентах, и плотности  состава. Чувствительность состава  тем больше, чем выше степень измельчения  состава и его компонентов, и  тем меньше, чем более плотно спрессован состав. Посторонние примеси в  основных компонентах уменьшают  или увеличивают чувствительность пиротехнических составов. Поэтому, прежде чем вводить в состав тот  или другой компонент, прежде чем  пользоваться  им, пиротехник обязан знать, на сколько процентов данный химикат состоит из чистого вещества. Большое значение в составах имеют  флегматизаторы, снижающие чувствительность пиротехнических составов, и катализаторы – повышающие их чувствительность.

Характеристика чувствительности пиротехнических составов позволяет  определить условия изготовления, режим  хранения и методы применения всех без исключения пиротехнических  средств и изделий.

 

Стойкость

Стойкостью называется способность  пиротехнического состава сохранять  свои первоначальные физические и химические свойства в процессе хранения, рассчитанные производством – изготовителем. Стойкость состава позволяет судить о качестве данного пиротехнического изделия. С течением времени состав претерпевает определённые химические и физические изменения, которые иногда настолько существенны, что изделие из такого состава становится непригодным, а порой даже опасным для хранения и применения. Причина этого явления в том, что отдельные компоненты состава самопроизвольно вступают в реакцию, в результате которой химическая природа их изменяется. Если при взаимодействии компонентов начнёт выделяться тепло, то состав может самовоспламениться.

Значительное влияние  на стойкость состава оказывают  различные примеси, и в частности, вода (влага), которые способны вступать в реакцию с металлическими порошками, вызывая нагревание состава и, впоследствии, его самовоспламенение.

Физические изменения, возникающие  в составе при его хранении, обуславливаются в основном увлажнением, которое приводит к частичному растворению  компонентов, разрыхлению состава  и деформации заряда пиротехнического изделия. Нередко изменения происходят в составе за счёт явления возгонки летучих веществ смеси.

Гигроскопичность

Гигроскопичностью называется способность пиротехнического состава  или отдельного компонента поглощать  влагу из окружающей среды, что способствует разложению и отдельных компонентов, и состава в целом. Гигроскопичность обуславливается, главным образом, физическим состоянием состава и зависит от плотности его в заряде и гладкости поверхности заряда. Разрыхленная смесь притягивает влагу в большей степени, нежели спрессованная. При прочих равных условиях гигроскопичность тем больше, чем выше степень измельчения компонентов пиротехнического состава.

Химические изменения  состава, происходящие в результате его увлажнения, носят различный  характер. Составы, содержащие в качестве горючего порошки металлов, а в  качестве окислителей неорганические вещества, начинают разлагаться обычно из-за коррозии порошков металлов, которая подчиняется той же закономерности, что и коррозия монолитных металлов; однако порошки, имея большую удельную поверхность, коррозируют намного интенсивнее.