Двое ребят старательно терли уголь в больших ступах, в лаборантской что-то хлопнуло и я услышал восторженный вопль. Но радовались далеко не все: очередная жертва сдавала зачет по теоретическому курсу (иначе — никаких взрывов). Заглядываю в программу факультатива (его официальное название “Термодинамика и кинетика быстрых “изотермических реакций”): “Основы термохимии. Расчеты тепловых эффектов реакций... Расчетное определение степени опасности неизвестного окислителя... Теория цветного пламени... Механизм горения. Теория теплового взрыва Н. Н. Семенова. Критерий Д. А. Франк-Каменецкого. Цепные взрывные реакции...” После цикла лекций — практические работы и самостоятельные курсовые проекты.

Вы спросите, где находится такая школа! Никаких секретов нет: пиротехникой занимаются в Специализированном учебно-научном центре МГУ. В. В. ЗАГОРСКИЙ — руководитель занятий .

Занятие первое, вводное

Этот спецкурс учит школьников теоретически предсказывать горючие и взрывчатые свойства индивидуальных веществ и их смесей. Конечно, любой праведный учитель может этим возмутиться, но ведь не секрет, что большинство ребят, интересующихся химией, что-нибудь, да взрывают. Так, может быть лучше объяснить, как сделать такие опыты безопасными и красивыми? (Ведь не зря же во всем мире признали: чем пугать старшеклассников внебрачными связями, лучше научить их пользоваться противозачаточными средствами.) Тем более что, для простейшей оценки горючих и взрывчатых свойств веществ достаточно элементарных химических знаний.

Предположим, вы раздобыли кусок магния или магниевого сплава, зажали его в тисках и начали работать напильником. Вниз летят серебристые стружки. Вы предвкушаете, как смешаете их с ..., и подожжете. Но вот напильник случайно задевает тиски, высекаются искры. По кучке магниевых опилок пробегает волна бело-розового света, и... вам придется сильно пожалеть о своей любви к химии (если, конечно, вы заранее не позаботились об огнетушителе).

— Ну это уж слишком! — скажете вы, если недавно зажигали магниевую стружку.— Нам это удалось с таким трудом!

Да, но вспомните, что мелкий порошок куда менее активного железа или никеля обладает пирофорными свойствами (самовоспламеняется на воздухе). Так что, если и удивляться, то тому, что свеженапиленный магний обычно успевает дождаться, пока вы его с чем-то смешаете.

Еще стандартный случай из жизни любителей огня и взрывов. Вы раздобыли и опробовали состав искристой свечи (“бенгальского огня”), а потом решили его усовершенствовать — сделать, например, пламя голубым или сине-зеленым. Вы уже знаете, что стоит примешать галогениды меди, и огонь будет именно такого цвета. Поэтому вы добавляете немного хлорной меди к смеси нитратов, чугунных и алюминиевых опилок. И вот у вас в руках полная спичечная коробка нового искристого состава. Но она почему-то горячая. Вы слышите легкое шипение и отбрасываете коробку подальше, в безопасное место. Ну, а теперь представьте, что приготовленную смесь вы успели спрятать в любимый ящик под кроватью, где хранятся другие смеси, ракеты и взрывпакеты...

А ведь всего-то надо было вспомнить про железный гвоздь в растворе медного купороса, про то, что полностью обезводить кристаллогидрат хлорной меди обычно невозможно, да про то, что большинство реакций сопровождается выделением тепла.

Кстати, о тепле. Это весьма важное понятие. Горючие и взрывчатые свойства веществ и их смесей можно оценить, рассматривая только тепловой эффект и механическую работу реакции — изменение энтальпии данной химической системы. Есть специальные таблицы, в которых собраны стандартные энтальпии образования химических соединений. По определению, энтальпия (ее еще называют теплосодержанием) — это теплота, поглощенная системой в процессе реакции, плюс механическая работа, совершенная системой против внешних сил при постоянном давлении. Для расчетов полезна стандартная энтальпия образования H°₂₉₈. Ее вычисляют для химических реакций (иногда даже гипотетических), в которых соединения получают при 25 °С и 1 атмосфере из простых веществ. У простых веществ в наиболее устойчивой форме (при данных стандартных условиях) принято нулевое значение энтальпии.

Пример 1.

Для жидкой ртути при 25 °С и 1 атм. Н°₂₉₈ = 0; для паров ртути в тех же условиях

Н°₂₉₈ = 60,8 кДж/моль. Положительная Н°₂₉₈ означает, что, испаряясь, ртуть поглощает энергию.

Пример 2.

Для реакций;

Эти величины — табличные значения энтальпии образования воды. На их основе можно сделать вывод, что при конденсации паров воды (стандартные условия):

Н₂0_(г) Н₂O_(ж) выделится 44 кДж/моль тепла.

Изменение энтальпии здесь, как и в случае любой химической реакции, равно алгебраической разности стандартных энтальпии образования продуктов и исходных веществ.

Теперь вернемся к “взрывчатой” теме. Мы не будем рассматривать синтез и свойства индивидуальных ВВ (тротила, гексогена, гремучей ртути и тому подобного). Красивые и, если очень хочется, громкие эффекты можно получить, пользуясь пиротехническими смесями, которые состоят из горючего и окислителя с различными добавками. Однако прежде чем смешивать, надо оценить, насколько безопасным будет продукт. Для простейшей оценки мы будем учитывать только тепловые эффекты возможных реакций.

Большинство пиротехнических составов — это стехиометрическая смесь горючего и окислителя. Часто они способны гореть без доступа воздуха.

Пиротехнические смеси должны быть:

1 - стойкими при длительном хранении;

2 - минимально чувствительными к механическим воздействиям (не загораться при случайном трении или ударе);

3 - не слишком легко воспламеняемыми (обычно температура зажигания не менее 200 °С);

4 - не взрывчатыми (то есть горение не должно переходить в детонацию);

5 - минимально токсичными (не содержать солей ртути, кадмия, таллия и тому подобного);

6 - максимально однородными, сгорать равномерно с определенной скоростью).

Возможно, вам покажется странным, что дальше я буду рассказывать и о весьма экзотических веществах. Однако мне хорошо известно, как в нынешних условиях всеобщего разгильдяйства в руки юных химиков попадают самые невероятные реагенты, причем свойства многих из них в доступной литературе не описаны. К сожалению, происходит все больше случаев, когда неграмотное обращение с химическими продуктами, “найденными” в районе оборонных заводов, кончалось трагически.