Метали як горючі
Метали як ракетне горючі. використовувані в ракетних паливах, відносяться в основному до другого періоду періодичної системи елементів, і тільки деякі з них - до третього. Добавка цирконію призводить до великої щільності палива, але зменшує питому тягу. З точки зору безпеки бор не викликає ніяких труднощів, алюміній і магній мають малу огнеопасность, літій і цирконій найбільш вогненебезпечні, а при роботі з берилієм необхідно вживати особливих заходів внаслідок його токсичності.
М'який метал сріблясто-білого кольору. З усіх лужних металів він має найбільш високі температури плавлення і кипіння і найбільшу область існування в рідкому стані. Завдяки останній властивості літій вважається особливо цінним металевим теплоносієм, що застосовуються при охолодженні, оскільки його питома теплоємність також незвично висока. Таким чином, літій можна застосовувати як рідке пальне за умови, що є джерело енергії для спочатку розплавлення металу. Металевий літій отримують шляхом електролізу розплавленого хлориду літію або його розчину в органічному розчиннику, оскільки при електролізі водного розчину утворюється гідроокис літію. Реакції металевого літію протікають менш бурхливо, ніж реакції інших лужних металів, так як літій найменш електроположітелен, але він все-таки досить горюча. Літій бурхливо реагує з водою і кислотами з виділенням газоподібного водню. Якщо літій не нагрітий, то при дії повітря або кисню він лише тьмяніє. Решта лужні метали не особливо придатні в якості компонентів ракетного палива внаслідок їх високої реакційної здатності і великого молекулярного ваги. Виняток становить цезій, який завдяки своєму низькому потенціалу іонізації знайшов застосування в електростатичних двигунах.
Може бути корисний внаслідок високої теплоти згорання. Берилій - твердий, крихкий, легкий метал сірого кольору. Широко застосовується в ядерній техніці, оскільки добре уповільнює нейтрони, а також в металургії як антиоксидант і як легирующая добавка для міді та мідних сплавів. [1] Основний берилієвою рудою є берил Be3 Al2 (SiO3) 6. Берил розкривають, перетворюючи його в подвійній фторид берилію і калію, який потім відновлюють до металу шляхом електролізу або металевим магнієм. Металевий берилій, як і літій, можна отримувати електролізом розплавленого хлориду, але для додання розплаву більшою електропровідності в нього необхідно додавати деяку кількість NaCl, так як солі берилію мають високу ковалентних. Берилій досить стійкий і не дуже реакционноспособен. Основну небезпеку при роботі з ним являє токсичність берилієвих з'єднань. Всі прості сполуки, наприклад BeF2. BeO, Be (OH) 2. BeSO4. BeCl2 і ін. Небезпечні, так як викликають хронічну пневмонію (запалення легенів). Мінерал берил, мабуть, нетоксичний; токсичність вільного металу сумнівна. Гранично допустимі концентрації берилію в повітрі, встановлену Комісією з атомної енергії США і Американською асоціацією промислової гігієни, складають 2 мкг / м 3 в середньому протягом робочого дня, 25 мкг / м 3 при короткочасній роботі і 0,01 мкг / м 3 в якості середньомісячної дози в атмосфері поблизу берилієвого заводу або лабораторії. Можливо, що цифра 2 мкг / м 3 занадто занижена, але гранично допустима концентрація 25 мкг / м 3 встановлена цілком надійно.
Знаходить невелике застосування в ракетних паливах, але його широко використовують в воспламенителях та інших піротехнічних пристроях, а також як добавку легуючих. Більш важкі лужноземельні метали взагалі не застосовуються в ракетних паливах, так як молекулярні ваги продуктів згоряння були б занадто високі. Магній більш реакционноспособен, ніж берилій; тонкий порошок магнію огнеопасен, але на повітрі не займається. Металевий магній легко запалюється нижче температури плавлення, тому його згорання відбувається в паровій фазі.
Часто застосовувався в ракетних паливах, але він має недоліки, обумовлені низькою ефективністю горіння. Крім ракетних палив, бор широко застосовується в воспламенителях і для захисту від нейтронів. Бор зустрічається в важливих родовищах у вигляді борної кислоти або боратів. Отримують цей елемент відновленням B2 O3 металевим магнієм, але ступінь чистоти зазвичай не перевищує 95-98%. Кристалічний бор виключно інертний. Якщо нагріти бор до 700 ° С, то він загоряється і горить червоним полум'ям перетворюючись в борний ангідрит, виділяючи велику кількість тепла. На нього не діють киплячі соляна (HCl) і плавикова (HF) кислоти. Тонко подрібнений бор лише повільно окислюється гарячої концентрованої азотної кислотою HNO3. Саме слабкою реакційною здатністю бору можна пояснити невисоку ефективність горіння.
Широко застосовується в твердих ракетних паливах, а також як легирующая добавка. Він зустрічається у вигляді мінералу бокситу - гидратированной окису. Отримуютьалюміній методом Холла, який складається в розчиненні очищеної окису алюмінію в розплавленому кріоліті при 800-1000 0 і подальшому електролізі. [2] Алюміній - твердий, міцний метал сріблясто-білого кольору з високим окислювальним потенціалом, але стійкий до окислення внаслідок утворення захисної окисної плівки. Цей метал нереакціонноспособен, але в порошкоподібному вигляді утворює з повітрям займисті і вибухові суміші, тому його необхідно ізолювати від джерела іскри. Якщо порошок алюмінію сильно нагріти, то він запалюється і згорає сліпучим білим полум'ям, утворюючи окис алюмінію. Горіння відбувається надзвичайно швидко.
Може знайти застосування в ракетних паливах завдяки своїй високій щільності. він зустрічається у вигляді мінералів бадделеіта ZrO2 і циркону ZrSiO4. Витягаю його способом Кроля, розробленим для титану. Мінерали розкривають шляхом обробки вуглецем і хлором при температурі червоного розжарювання. В результаті отримують тетрахлорид цирконію ZrCl4. який відновлюють потім розплавленим металевим магнієм в атмосфері аргону при 800 0. Сухий цирконієвий порошок вельми реакционноспособен і має низьку температуру займання (180-195 0). Він може займатися під дією тепла, статичної електрики або просто тертя, тому зазвичай його зберігають у вигляді вологої пасти.
Примітки
- ↑ Берилій як ракетне пальне випробовувався в вигляді суспензій; він використовується в сумішевих твердих ракетних паливах
- ↑ Значення температури наведені в градусах міжнародної 100-градусної шкали.
література
- Н. Л. Глинка "Загальна Хімія" видавництво "Хімія" Москва 1 965.
- С. Сарнер "Хімія ракетних палив" видавництво "Світ" Москва 1969.