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188金宝搏网站响子化学成分的深度分析

文章出处:XXXX188金宝搏网站 人气:- 发表时间:2015-07-16

所谓响珠,就是在188金宝搏网站产品中将烟火药滚制成药珠,点燃后产生像爆竹一样的噼啪爆炸声,同时发出耀眼的白色闪光烟火效果。因其体积小、制作工艺比爆炸简单得多,所以在188金宝搏网站产品制作过程中一直倍受青睐。

我们都知道,在188金宝搏网站产品中要产生爆炸效果,必须将烟火药装填在一个密封的且比较结实的容器中,引燃烟火药后,通过烟火药的急速反应产生高温高压气体,当这个高温高压气体在瞬间突破容器的束缚时,就会有巨大的能量急剧释放,振动空气,发出声响,产生爆炸效果。

我们也知道,响珠在反应过程中药珠是完全裸露的,根本就没有容器包裹烟火药;另外响珠的效果药主要是以红丹粉(Pb3O4),氧化铜粉(CuO),镁铝合金粉(Mg4Al3),加上适量的黏合剂通过一定的比例均匀混合后制成颗粒状药粒,而这几种药物在点燃后虽然能发生铝热式反应,放出大量的热,但在这个反应中根本就不会有气体产物生成,也就不可能产生高温高压气体了。也就是说,在响珠效果药的反应过程中,形成爆炸的两个基本条件在这当中一个都没有,而它却实实在在的能够产生爆炸的效果,是不是我们的爆炸理论是错误的呢?下面我就这个矛盾的现象从理论上进行分析解释。以期起到抛砖引玉的作用,供业界同仁共同参考。

首先我们来分析一下响珠效果药的反应本质,当活泼金属粉和不活泼金属的氧化物粉末充分混合后,在一定条件下它们能发生激烈的铝热式反应,同时释放出大量的热能。

红丹粉跟镁铝合金粉的反应过程可表述如下:

Pb3O4+Mg4Al3—→Pb + MgO + Al2 O3  + 热量

氧化铜粉跟镁铝合金粉的反应过程可表述如下:

CuO+ Mg4Al3—→Cu+ MgO + Al2O3  + 热量

从这两个反应式我们不难看出,我们上面的分析是对的,反应过程中不可能有气体产物生成。

下面我们从另一角度热效应来详细分析一下以上两个反应分别能放出多少热量。

1、红丹粉跟镁铝合金粉反应

17Pb3O4+8Mg4Al3= 51Pb +32 MgO +12 Al2O3+ 热量

9962    1424     8874   1288    1224

在这个反应中的各种物质的标准生成热分别为:Pb3O4:715kj/mol,Mg O: 611kj/mol,Al2 O3 : 1675.7kj/mol,金属单质均为0,通过计算我们得知在这个反应中每克烟火药剂反应后可以放出2.42kj的热量。

2、氧化铜粉跟镁铝合金粉反应

17CuO+2 Mg4Al3 = 17Cu +8 MgO + 3Al2 O3 + 热量

1351.5  356     1079.5  322      308

在这个反应中的各种物质的标准生成热分别为:

CuO:157kj/mol,MgO: 611kj/mol,Al2O3: 1675.7kj/mol,金属单质均为0,通过计算我们得知在这个反应中每克烟火药剂反应后可以放出4.24kj的热量。

跟其他的烟火药相比较,这两个反应中的放热量是很大的,特别是氧化铜跟合金粉的反应,所产生的热效应几乎可以跟梯恩梯相媲美。因此它们放出的热量可使反应产物的温度急剧升高,经查阅,各种与之相关物质的熔沸点分别如下:

物质名称            熔点(℃)            沸点(℃)

铅(Pb)              327.4                      1740

铜(Cu)              1083                       2595

镁(Mg)               651                        1107

铝(Al)               660.37                     2494

氧化镁(MgO)    2800                       3600

氧化铝(Al2O3)  2050                       2980

从上表我们可以看出氧化镁和氧化铝是很难熔化和汽化的非金属物质状态,它们的导热性能远远低于金属。所以反应放出的热量主要是被金属铜和铅所吸收,因此产物中的铜和铅的温度上升速度要比氧化镁和氧化铝快得多,最终铜和铅的温度也就会急剧升高。

铜的比热容是0.386 j/g﹒℃,铅的比热容是0.128 j/g﹒℃

假设反应所放出的热量全部被生成的铜或者铅吸收的话,我们可以计算得出以下结论:

1、在红丹跟镁铝合金的反应中,铅的温度可以急剧上升到2360℃,这个温度远远高于铅的沸点1740℃,减去氧化镁和氧化铝吸收的部分热量以及铅在熔化时消耗的熔解热,铅的温度仍然足以上升到它的沸点以上。也就是说,铅虽然达到了沸点,但所反应放出的热量仍有多余。我们知道如果物质在达到沸点时仍有大量热量供给的话,那它将会急剧沸腾,变成气体状态。这样我们就解释了在这个反应中其实同样可以产生气体产物,只是这个气体产物并不是直接产生的而已。

我们可以这样认为,在反应初期只有药珠表面的药物进行了反应,生成的产物氧化镁和氧化铝因为熔点很高,所以一直只能以固体形态存在,包裹在药珠的表面,随着反应的逐层深入,这个包裹层不断加厚加固,最终形成了一个类似密封容器的外壳。而药珠内部随着反应的加深,热量不断积聚,使包裹在里面的铅的温度急剧上升到沸点,而仍然有大量的热量不断放出,迫使里面的熔融铅急剧沸腾产生大量的铅蒸汽,由于被外面的固体包裹层包裹着,致使里面的气压急剧上升产生高压,当这个高压气体瞬间突破外面的包裹层时,能量急速释放,产生与爆竹类似的爆炸效果。

2、同样我们通过计算,在氧化铜跟镁铝合金反应的过程中产生的热量足以使生成的铜温度急速升高到1750℃以上,而这个温度是达不到铜的沸点2595℃的,这就可以解释为什么无铅响珠很难做的原因了。

通过以上分析,似乎氧化铜跟镁铝合金的反应在这里面是多余的,而且氧化铜的价格非常昂贵,为什么我们做响珠时却非用它不可呢?原来我们上面的分析只是把铜和铅的两个反应单独进行计算推理的,而事实上这两个反应是同时进行的。也就是说产物中同时有金属铜和铅的产生,通过上面的计算,我们知道不管哪个反应,产生的热量都足以使反应产物中生成的金属熔化成液体状态,由于药剂本身混合是非常均匀的,那么生成的金属铜和铅也将会非常均匀的混合在一起,这样就形成了铜—铅合金了。有理论表明,合金的熔点和沸点都会比组成该合金的任何一种金属的熔沸点都低,这样在实际应用的响珠药剂反应时,产物的沸点比铅的沸点还要低,也就更容易沸腾汽化了,更加容易产生爆炸效果。另外镁铝合金与氧化铜的反应所放出的热量比它跟红丹反应放出的热量要大得多,这样就能使产物温度上升更快,更容易沸腾汽化,产生的气压更高,也就更加促进了爆炸效果的形成。所以在做响珠时氧化铜虽然价格昂贵,但它却能起到很好的起爆助爆作用,这正是响珠效果问世初期为什么业界同仁把氧化铜称作是助爆剂的根本原因所在了。

可能所有做过响珠的技术人员都注意到,以红丹为主的响珠药剂基本上是随便怎么搭配都能发出声响,特别是配方中的镁铝合金粉一般都是明显超过了理论计算的用量,也就是负氧配方,这一点又跟爆炸药剂的零氧配方理论相违背,这又是为何呢?

如果我们将上面所阐述的合金熔沸点理论用到这,那么一切问题都解决了。当镁铝合金在药剂配方中超量时,一者金属含量高时,导热性能强,使反应速度加快;二者它在跟红丹和氧化铜充分反应后仍有多余,在高温环境下它同样会熔化成液体状态,并且会跟铜—铅合金合并成铜—铅—镁—铝多元合金,虽然镁铝合金在熔化时要吸收掉一部分热量,但在它熔化后,所形成的铜—铅—镁—铝多元合金的熔沸点比铜—铅合金的熔沸点更低,更加容易沸腾汽化,所以在它吸收掉部分热量以后不但不会降低响珠爆炸效果,反而会使效果更加理想。也就是说响珠配方的设计原理应该按照负氧平衡的思路设计效果更佳,做起来也更轻松。

综上所述,响珠的反应原理可以概括如下:当响珠药剂被引燃后,发生铝热式反应,放出大量的热。生成物中的氧化镁和氧化铝包裹药粒表面形成一个密封的"容器",产物中的金属铜、铅跟多余的镁铝合金熔合在一起形成铜—铅—镁—铝合金,由于这个反应的放热量非常大,并且反应速度快,足以使生成的铜—铅—镁—铝合金在很短的时间内完全沸腾汽化,产生高温高压气体,并且在瞬间突破氧化镁和氧化铝组成的包裹"容器",大量的能量急剧释放,振动空气产生爆炸效果,因为爆炸时温度在1000多摄氏度以上,所以同时会伴随着耀眼的白色闪光产生。

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