Исследовательская работа Пиротехническая химия и безопасность

Муниципальное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 3

г. Комсомольска-на-Амуре

Исследовательская работа

Пиротехническая химия и безопасность

Работу выполнила: ученица 11 Б класса

МОУ СОШ № 3

Мальцева Анна

Руководитель: Молчанова Елена Вячеславовна

учитель биологии

2013 год

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………………2

1.Теоретический материал……………………………………………………………………..4

1. Пиротехника…………………………………………………………………………….….4

2. Классификация………………………………………………………………………..…….4

3. Взрывчатые вещества…………………………………………………………………..…..4

4. Изготовление пиротехнических средств…………………………………………..…….5

5. Техника безопасности при использовании пиротехники. Травмы ……………….….7

6. Влияние пиротехнических средств на людей и окружающую среду……………………8

2.Методика исследования...………………………………………...……………………..….10

Результаты исследования………………………………………………………………………14

Заключение……………………………………………………………………………………...15

Список литературы……………………………………………………………………………..16

Введение

Пиротехника в современной индустрии и науке занимает особое место среди остальных отраслей. Ей принадлежат ужасающие (на службе военной промышленности или терактов) и захватывающие (в роли мирной пиротехники) картины.

Так, например, во время войны выявилось большое значение различных средств военной пиротехники. По силе морального воздействия на людей и по своему разрушительному действию выжигательные средства представляют собой очень мощное и грозное оружие.

С развитием авиации большое значение приобрели зажигательные авиабомбы, которые позволяют устраивать пожары в тылу противника. Зажигательные средства вызывают массовые пожары в крупных городах.

Ведение современного боя в ночное время вызывает необходимость в различных осветительных средствах; из них наиболее важны осветительные снаряды. Имеются специальные пиротехнические осветительные составы, дающие настолько мощные источники света, что при них возможно производить ночью фотосъемку.

Трассирующие средства, оставляющие на траектории своего полета видимый след, огненный или дымовой, имеют также большое применение в современной войне. Развитие боевой авиации и автоброневых и мотомеханизированных боевых средств вызывает необходимость в специальных средствах для пристрелки по движущимся целям.

Пиротехнические средства связи (сигнальные) незаменимы в боевых условиях для передачи условных сообщений на расстояние.

Пиротехника имеет очень большое значение и для научно-исследовательских работ. При изучении стратосферы используются дымовые шашки, поднимаемые на специальных шарах-зондах; на определенной секунде времени подъема догорает замедлитель дымовой шашки, и она образует облако дыма. Наблюдения за этим облаком дают ценные научные данные о многих явлениях в стратосфере. Пиротехнические сигнальные средства используются с большим успехом в дальних арктических экспедициях.

Во время учебных маневров армии и при войсковом обучении большую роль играют пиротехнические имитационные средства, которые употребляются взамен боевых; например, разрывы шрапнельных и фугасных снарядов имитируются так называемыми взрывпакетами.

Важное место занимает мирная пиротехника, в которой разрабатываются безопасные для людей и окружающей среды фейерверочные составы.

Современное пиротехническое производство основывается теперь не только на опытных данных о приготовлении составов и конструкции изделий. Современная пиротехника основывается на всех достижениях химических, физических и специальных военных наук. Основное внимание современных пиротехников направлено на изучение физико-химических процессов, происходящих при действии составов, свойств компонентов, на научно обоснованный выбор новых зажигательных средств и конструкций пиротехнических изделий.

Цель работы: изучение теоретических основ пиротехники.

Задачи:

1.Рассмотреть классификацию пиротехнических составов.

2.Изучить компоненты пиротехнических составов.

3.Анализ применения пиротехнических составов.

4.Изучить влияние пиротехнических составов на окружающую среду.

5.Рассмотреть возможность травм при использовании пиротехнических средств.

Объект исследования: пиротехнические средства

Предмет исследования: влияние пиротехнических средств на человека

Теоретический материал

1. Пиротехника

Пиротехника – специальная отрасль техники, к области которой относятся производство и изучение различных веществ и смесей веществ, образующих при сгорании цветной или яркий белый огонь, дым, или дающих звуковые эффекты и зажигательное действие [1].

Слово «пиротехника» происходит от греческих слов «пир» (огонь) и «техне» (искусство, ремесло) и означает умение изготовлять горючие изделия

Пиротехнические составы при сжигании (или взрыве) дают световой, тепловой, дымовой, звуковой или реактивный эффекты, используемые в военной технике и в ракетах различного назначения.

1.2 Классификация

Пиротехнику разделяют на 3 раздела:

А)военная

(такие как сигнальные ракетницы, светошумовые спецсредства, дымовые шашки)

Б) специализированная

(киносъемочные спецэффекты, гражданские сигнальные средства, пироболты, железнодорожные петарды)

В) развлекательная

(фейерверочные изделия — петарды, бенгальские свечи, хлопушки, ракеты, фонтаны, салюты)

К пиротехнике также относятся такие изделия как спички и специальные пиропатроны для подушек безопасности.

1. Взрывчатые вещества

ВВ - это химические соединения или их смеси, способные под влиянием внешнего воздействия (нагревание, удар, трение, взрыв другого вещества) очень быстро разлагаться с выделением газов и большого количества теплоты. Процесс, который происходит в таком веществе, называется детонацией. Традиционно к взрывчатым веществам также относят соединения и смеси, которые не детонируют, а горят с определенной скоростью (пиротехнические составы). Например, тетранитрометан C(NO2)4 - тяжелая бесцветная жидкость с резким запахом - перегоняется без взрыва, однако смеси его со многими органическими соединениями детонируют с огромной силой. Сильнейшими взрывчатыми свойствами обладает очень опасный в обращении нитроглицерин. В 1866 его удалось «приручить» Альфреду Нобелю, который, смешав нитроглицерин с негорючим материалом, получил динамит. Динамитом пользовались для прорытия туннелей, при многих других горных работах.

1. Изготовление пиротехнических средств

Исходные компоненты: окислитель, горючее вещество, цементаторы и флегматизаторы.

Окислители — вещества, которые могут отдавать кислород при повышенной температуре: хлораты, перхлораты, нитраты, сульфаты, перманганаты, хроматы, перекиси и окислы металлов.

Смесь горючего с окислителем или их соединение составляет основу всякого пиротехнического состава. Казалось бы, что для получения тепла, необходимого для создания специального эффекта, проще всего сжечь горючее, используя кислород воздуха. Однако, горение в воздухе обычно происходит медленнее, чем сгорание горючего в кислороде, содержащемся в окислителе, что не позволяет при горении в воздухе получить значительных плотностей тепловыделения. В связи с этим, сжигание горючих в кислороде воздуха в пиротехнике применяется сравнительно редко, в основном в зажигательных и фотосредствах.

Нитраты — соли азотной кислоты, кто не знал. Имеет формулу MeNo3, 3 кислорода, окислитель. Нитраты можно получить в домашних условия об этом мы еще поговорим на сайте.

Хлораты — соли хлорноватой кислоты, быстро разлагаются. Имеют формулу MeClO3. В пиротехнике применяют соли калия.Примеси солей аммония делают данное соединение не устоичивым и опасным, Так что от них нужно избавляться.Кроме того при трении с фосфором тоже разлагаются, эти применяется в спичках.

Оксиды — в частности из оксидов это- оксиды свинца их еще называют сурик, железа используют как катализатор, меди тоже мощный окислитель.

Горючие вещества — вещества, которые способны при определённых условиях окисляться кислородом воздуха, или кислородом, отданным окислителем.горючим в пиротехнике часто используют уголь, различные металлы например алюминий магний, иногда сера выступает в качестве горючего, и многие другие вещества.

Наилучший специальный эффект в пиротехнических составах дают горючие вещества имеющие максимальные температуры горения при сжигании их в атмосфере чистого кислорода, то есть горючие, выделяющие при сгорании наибольшее количество тепла, называются высококалорийными горючими. Однако, имеются составы, например, дымовые, в которых высокая температура горения нежелательна, поэтому для их приготовления используют горючие средней и низкой калорийности или осуществляют неполное сгорание горючего (например, сгорание углерода до CO, а не до CO2). Большое значение при выборе горючего играют физико-химические свойства продуктов его окисления, температура их плавления и испарения, способность к диссоциации, теплоемкость. Вообще степень диссоциации газа, образующегося при горении, имеет большое значение при оценке максимальной температуры горения, поскольку, чем она меньше, тем до более высокой температуры может быть нагрет газ горения. Горючие, продукты горения которых имеют малую степень диссоциации, могут быть нагреты до высоких температур теплом реакции даже в случае сравнительно невысоких значений калорийности топлив. Прекрасным примером служит сгорание газа дициана (CN)2, синтез которого из элементов требует затрат большого количества тепла (то есть процесс его образования эндотермичен), которое идет на образование тройных связей атомов азота с углеродом.

Связующие (цементаторы) - органические полимеры, обеспечивающие механическую прочность уплотненных (спрессованных) составов.

В целях увеличения прочности пиротехнических изделий в составы часто вводят связующие (склеивающие) вещества, получившие название цементаторов. Чаще всего в качестве цементаторов используются искусственные смолы, каучук и некоторые другие вещества такие как сера, гипс и прочее. В зерненных составах также могут применяться цементаторы для придания прочности отдельным зернам состава. При прессовании составов достаточную прочность в некоторых случаях удается получить и без цементаторов, но обычно при прессовании введение цементатора необходимо, поскольку позволяет снизить давление прессования, при сохранении достаточной прочности. (Шеллак,Канифоль)

Ускорители и замедлители горения.

Флегматизаторы – добавки, уменьшающие чувствительность составов к трению или удару.

Обычно введение в составы мягких пластических или инертных маслянистых веществ уменьшает их чувствительность. Чувствительность к трению уменьшается из-за уменьшения трения между частицами составов и телами передающими на них механические усилия, таким образом снижается количество мест концентрации энергии, кроме того при трении происходит плавление и испарение веществ флегматизаторов, на что затрачивается дополнительное количество подводимой механической энергии. Чувствительность к форсу пламени понижается, по-видимому, из-за образования на поверхности частиц горючего и окислителя пленки разделяющей границы фаз, между которыми образуются начальные очаги химической реакции, кроме того на плавление и испарение таких пленок расходуется значительное количество подводимой тепловой энергии. Флегматизаторамиуменьшающими концентрацию напряжений служат обычно такие вещества как парафин, стеарин, церезин, вазелин, различные масла.

Вещества технологического назначения (жирующие добавки, растворители для связующих и др.) Кроме того, в составы сигнальных огней вводятся вещества, сообщающие окраску пламени, а в дымовые составы – дымообразующие вещества.

Для создания разных цветов свечения пироэлементов применяются соли различных металлов. Белый цвет самый легкий, так как он получается за счет большой температуры горения. Желтый цвет получается в результате присутствия в составе ионов Na. Зеленый цвет получается с барием Ba , используется его нитрат. Красный цвет обуславливается стронцием Sr, используют нитрат. Синий цвет появляется при добавлении Сu, а оранжевый при ионах Са.

Формы и цвета снаряда зависят от его типа и состава. Снаряды разделены на несколько отсеков, каждый из которых заполнен определенным составом, а все отсеки соединены посредством взрывателей замедленного действия.

Снаряды также способны создавать необычайно красивые эффекты благодаря использованию разнообразных пиротехнических составов, излучающих свет различного цвета и издающих грохот при воспламенении.

Кроме световых эффектов методы пиротехники часто используются для получения тепла. Наиболее известным пиротехническим устройством, предназначенным для получения тепла, является обыкновенная спичка, состоящая из энерго-выделяющей смеси окислителя в виде хлората калия и серы в сочетании с клеевым горючим и связующим.

1.5 Техника безопасность при использовании пиротехники.

Любое пиротехническое изделие обладает опасными факторами - специфическими эффектами, создаваемыми пиротехническим изделием или пиротехническим элементом, способными при определённых условиях угрожать здоровью людей, причинять ущерб имуществу и окружающей среде. Среди опасных факторов выделяют: пламя или высокотемпературную струю продуктов сгорания; пожароопасные элементы (горящие пироэлементы, шлаки, искры); обломки, разлетающиеся во время взрыва; продукты сгорания или диспергирования; уровень звукового давления.

Травмы пиротехническими средствам характеризуются тяжелой степенью повреждений в 83% случаев с образованием обширных дефектов с неровными краями раны, внедрением множества мелких инородных тел, обугливанием тканей.

Возможные травмы:

1. Повреждение органов зрения

2. Ожоги

3. Травмы кистей рук

4. Черепно-мозговая травма

5. Травма лицевого черепа

Техника безопасности:

1. Держите зрителей фейерверка на максимально безопасном расстоянии. Это необходимо для того, чтобы в случае опрокидывания фейерверка или другой нештатной ситуации, зрители не пострадали от летящих в них зарядов и искр.

2. Никогда, зажигая фейерверк, не наклоняйтесь над ним. Если фейерверк случайно загорится, Вы получите серьезнейшую травму лица или рук. Зажигая фейерверк, присядьте вниз и зажигайте фитиль на расстоянии вытянутой руки.

3. Не держите зажженный фейерверк в руках, не бросайте зажженный фейерверк в людей. Большой процент от связанных с фейерверком травм, вызван людьми, которые держали их или бросали в других людей. Иногда фитиль фейерверка горит быстрее, чем ожидаешь, а сам фейерверк, взрывается в руках. И даже, казалось бы, безопасные римские свечи тоже взрываются.

4. Во время запуска фейерверков держите возле себя воду. Всегда имейте большую емкость с водой, и будьте готовы погасить любые неожиданные источники огня или тлеющие остатки фейерверка. А еще лучше купите небольшой автомобильный огнетушитель. Его легко нести, и можно тушить огонь с расстояния.

1.6 Влияние пиротехнических средств на окружающую среду

Продукты сгорания пиротехнических изделий могут оказывать вредные воздействия на людей и окружающую среду.

Химические вещества в зависимости от свойств и строения воздействуют на организмы по разному.

Продукты сгорания.

В пиротехнических игрушках, продаваемых населению, не используются вредные для здоровья компоненты. Однако любые пиротехнические составы являются многокомпонентными смесями, при сгорании которых образуется дым. В связи с этим большая часть пиротехнических игрушек может применяться только на открытом воздухе.

Звуковое давление

Очень большая громкость при разрыве фейерверков может вызвать у зрителей ощущение дискомфорта. С увеличением расстояния громкость быстро падает. Согласно российскому законодательству за границами опасной зоны громкость звука не должна превышать разрешенной нормы 140 децибел.

Опасности

Наиболее серьезными последствиями воздействия опасностей в производстве пиротехнических средств являются пожары и взрывы. Поскольку количество используемого механического оборудования невелико, механические опасности менее значительны и аналогичны тем, которые существуют в других отраслях промышленности.

Чувствительность большинства пиротехнических составов такова, что в рыхлом виде они могут легко воспламениться от удара, трения, искры или нагрева. Пиротехнические составы – пожаро- и взрывоопасны, их рассматривают как взрывчатые вещества. Многие составы имеют взрывную силу обычных взрывчатых веществ, и работающие подвергаются дополнительному риску сжечь одежду или получить ожоги от пламени.

При изготовлении пиротехнических средств с использованием вредных веществ (в основном соединений свинца) может возникнуть опасность для здоровья. Следует иметь в виду серьезность последствий при попадании этих составов внутрь организма.

Методика исследования

1. Пиротехника в быту

ХОЗЯЙСТВЕННАЯ СПИЧКА

Представляет собой специальное пиротехническое устройство. Реакция между окислителем в головке спички - хлоратом калия - и содержащимся на стенке коробка красным фосфором приводит к воспламенению смеси из хлората калия и клеевидного горючего. Присутствуют все пиротехнические эффекты: выделение тепла, дыма, света, газа и звук. Некоторые ранее выпускавшиеся спички из состава на основе хлората калия поджигались путем погружения в серную кислоту. Смесь из серы и хлората калия настолько чувствительна к поджигу, что ее использование было запрещено в Англии законом от 1875 г. В США применение хлората калия в фейерверках также ограничено.

1. Опыт для начинающих

Итак, если вы впервые решили заняться этим делом, вот простейший рецепт – трийодид аммония. Это совершенно безвредная штучка – можете взрывать хоть в руке. Единственное, чего стоит опасаться – целости барабанных перепонок. Что нам нужно? Йод, нашатырный спирт, бумажный фильтр – свернутый вчетверо лист бумаги с прорезью в виде воронки. Сливаем йод и аммиак в одну бутылку. Минут пять трясем и оставляем на пару часов в темное местечко. Когда появится осадок – отфильтровываем его через наш фильтр. Полученную таким образом смесь делим на кучки и высушиваем. Полученные крупинки взрываются от малейшего трения, при этом тепло не выделяется. Это ваша первая пиротехника своими руками!

1. Опрос в социальных сетях

Результаты исследования

В ходе исследования я провела опыт, который доказывает, что каждый человек может самостоятельно создавать пиротехнические изделия в домашних условиях. Но любой вид пиротехники опасен для здоровья человека, поэтому для безопасности лучше приобрести в специализированных магазинах.

Мною было проведено анкетирование в социальных сетях с целью узнать отношение к пиротехническим изделиям и осведомлённость об их использовании.

В результате:

1. Все опрошенные люди знают что такое пиротехника.

2. Большинство опрошенных(79%) используют пиротехнику во время праздников.

3. Опрошенные редко прибегали к использованию самодельной пиротехники(7%).

4. 37% опрошенных получали травмы во время использования пиротехники.

5. 43% опрошенных считают, что пиротехнику стоит запретить, но 40% считает, что её нужно использовать на улице со специалистом. Остальные не согласны с запретом продажи пиротехнический изделий.

Заключение

К началу империалистической войны 1914 г. на вооружении уже было немало различных пиротехнических изделий. Например, в Германии в 1918 г. было выработано около 6 млн. осветительных и сигнальных патронов 4-го калибра. Во время войны выявилось большое значение различных средств военной пиротехники. По силе морального воздействия на людей и по своему разрушительному действию зажигательные средства представляют собой очень мощное и грозное оружие. С развитием авиации большое значение приобрели зажигательные авиабомбы, которые позволяют устраивать пожары в тылу противника. В 1917-1918 гг. город Реймс был бомбардирован зажигательными бомбами; от них Реймс пострадал больше, чем за время войны. Зажигательные средства вызывают массовые пожары в крупных городах.

Ведение современного боя в ночное время вызывает необходимость в различных осветительных средствах; из них наиболее важны осветительные снаряды. Имеются специальные пиротехнические осветительные составы, дающие настолько мощные источники света, что при них возможно производить ночью фотосъемку.

Трассирующие средства, оставляющие на траектории своего полета видимый след, огненный или дымовой, имеют также большое применение в современной войне. Развитие боевой авиации и автоброневых и боевых мотомеханизированных средств вызывает необходимость в специальных средствах для пристрелки по движущимся целям.

Пиротехнические средства связи (сигнальные) незаменимы в боевых условиях для передачи условных сообщений на расстояние.

Пиротехника имеет очень большое значение и для научно-исследовательских работ. При изучении стратосферы используются дымовые шашки, поднимаемые на специальных шарах-зондах; на определенной секунде времени подъема догорает замедлитель дымовой шашки, и она образует облако дыма. Наблюдения за этим облаком дают ценные научные данные о многих явлениях в стратосфере. Пиротехнические сигнальные средства используются с большим успехом в дальнейших арктических экспедициях.

Во время учебных маневров армии и при войсковом обучении большую роль играют пиротехнические имитационные средства, которые употребляются взамен боевых; например, взрывы шрапнельных и фугасных снарядов имитируются так называемыми взрывпакетами. Современная пиротехника основывается на всех достижениях химических, физических и специальных военных наук. Основное внимание современных пиротехников направлено на изучение физико-химических процессов, происходящих при действии составов, свойств компонентов, на научно обоснованный выбор новых зажигательных средств и конструкции пиротехнических изделий.

Список литературы

1. Болдырев В.А. «Пиротехнические составы и их применение для снаряжения простых фейерверочных фигур», Москва, 1972 г.

2. Демидов А.И. . Введение в пиротехнику (пиротехнические составы).

3. Демидов П. Г. Горение и свойства горючих веществ

4.Николаев Н. «Пиротехник-любитель» Во второй книге серии опубликована работа Н. Николаева «Пиротехник-любитель».

5. Петров М.П., Озерков Д. «Общедоступная пиротехния» В седьмой книге серии опубликованы работы М.П. Петрова «Общедоступная пиротехния» и «Общедоступная пиротехния» (составитель Д. Озерков.)

pirochem.net

pirotehnika-doma.ru

www.pirotek.info

14