Сарнер С. Химия ракетных топлив (1241536), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Алюминий — твердый, прочный металл серебристо-белого цвета с высоким окислительным " В втой главе значения температуры, для которых не указаны единицы измерения, приведены в градусах международной 100-градусной шкалы.— Прим. ред. 8. РАКЕТНЫЕ ГОРЮЧИЕ 182 потенциалом, но устойчивый к окислению вследствие образования защитной окисной пленки. Этот металл нереакционноспособен, но в порошкообразном виде образует с воздухом воспламеняющиеся и взрывчатые смеси, поэтому его необходимо изолировать от источников искры. Данные, приведенные в табл. 8.1, заимствованы из работ [2!8, 2!9].
Согласно сообщениям, коэффициенты теплопроводности в интервале температур — !7,8— (+ 260'), измеренные через каждые 556', равны 0484, 0492, 0513, 0,550, 0,595 и 0,641 кал/см сек град. Цирконий может найти применение в ракетных топливах благодаря своей высокой плотности. Он встречается в виде минералов бадделента УГО8 и циркона ХГБ!Оь Извлекают его способом Кроля, разработанным для титана. Минералы вскрывают путем обработки углеродом и хлором при температуре красного каления.
В результате получают тетрахлорид циркония УГС!ь который восстанавливают затем расплавленным металлическим магнием в атмосфере аргона при 800 . Сухой циркониевый порошок весьма реакционноспособен и имеет низкую температуру воспламенения (!80 — !95'). Он может воспламениться под действием тепла, статического электричества или просто трения, поэтому обычно его хранят в виде влажной пасты. Данные для циркония, приведенные в табл. 8.1, заимствованы из работ [2!8, 2!9], за исключением плотности, взятой из работы Аденстедта [2].
Металлы, используемые в ракетных топливах, относятся в основном ко второму периоду периодической системы элементов, и только некоторые из них в к третьему. Добавка циркония приводит к большой плотности топлива, но уменьшает удельную тягу. С точки зрения безопасности бор не вызывает никаких затруднений, алюминий и магний имеют малую огнеопасность, литий и цирконий наиболее огнеопасны, а при работе с бериллием необходимо принимать особые меры вследствие его токсичности.
8.3. КАРБИДЫ, НИТРИДЫ, АЗИДЫ И АМИДЫ МЕТАЛЛОВ В свое время карбиды и нитрнды легких металлов, и даже бориды, были предложены в качестве горючих. Однако во всех случаях их применению препятствовали трудности сжигания и уменьшение теплоты сгорания (по сравнению с металлами) за счет менее теплотворного элемента (углерод) или инертного элемента-носителя (азот). Трудность применения азидов обычно связана с нх легкой взрываемостью, и, кроме того, они содержат 183: г РАкетнЫе Горючие большие количества азота, тогда как амиды недостаточно устойчивы и поэтому не имеют преимущества перед простыми гидридами.
Для сравнения приведем несколько примеров таких соединений. Нитрид лития представляет собой солеобразное ионное соединение, которое можно получить путем непосредственного взаимодействия элементов. Он довольно реакционноспособен и в виде порошка может самопроизвольно воспламеняться на воздухе или в атмосфере кислорода. С этим соединением следует обращаться так же, как и с гидридом металла. Теплота образования нитрида лития, указанная в табл. 8.3, заимствована из работы ]218]; остальные данные получены от фирмы «Литнум корпорейшн» ]144], Таблица 8.3 Свойства нитридов, карбидов и амидой ы,с, ынн, Свойство 12аи ве,н, Ве,С в,с 34,828 37,902 845 22,964 55,055 375 2200 30,037 55,291 2127 2347 Молекулярный вес Температура плавления, 'С Температура кипения, 'С Плотность и, г/см' Теплота образования, ккал/моль удельная теплоемкость 'т, кал/г град Теплота плавления, ккал/моль 3500 2,51 — 12,2 1553 1,38 — 47,5 1,65 — 14,2 1,18 — 43,5 1,9 — 22,2 — 137,8 0,52 0,45 0,33 0,23 0,28 25 30,9 18 П Прн комнатно!т температуре (250 н атмосферном давпеннн.
Ь~/нтН, + Н,Π— ХНз+11ОН. (8.1) Карбид лития недостаточно изучен. Он имеет цвет от белого до серого, по внешнему виду напоминает землю, хрупок. Разлагается он в интервале между температурами разложения карбида натрия ХайС2 и карбидов щелочноземельных металлов Данные, приведенные в табл. 8.3, заимствованы из тех же источников, что и данные для нитрида лития Ь1зХ. Амид лития представляет собой ионную соль, которая устойчива в сухом воздухе, но бурно реагирует с влагой по уравне- нию 184 З. РАКЕТНЫЕ ГОРЮЧИЕ При нагревании до 240 — 640' амид лития разлагается с образованием имида: 21!НН,. ХНз+ 11,ХН.
(8.2) Последняя реакция является обратимой; протеканию прямой реакции способствует удаление аммиака. Амид оказывает разъедающее и раздражающее действие на кожу, поэтому при работе с ним необходимо соблюдать соответствующие меры предосторожности.
С этим соединением лития следует обращаться так же, как с металлическим литием, поскольку он реагирует с влагой. Все данные, приведенные для амида лития в табл. 8.3, получены от фирмы «Литиум корпорейшн» [144]. Азид лития представляет собой гигроскопичную кристаллическую соль белого цвета.
Его можно получить путем взаимодействия металла с солью аммония или азида бария и сульфата лития: Ь!4804+ Ва(!')з)з 21 !Хз+ Вз504. (8.3) Выпадающий в осадок сульфат бария удаляют фильтрованием, а получаемый раствор выпаривают досуха. Можно использовать взаимодействие закиси азота ХАО нли нитрата лития с амидом: 21!МНз+ ЫзΠ— 1 !Хз+ ХНА+ 1!ОН, (8.4) 31 !ХНЕ+ 1 !)А)Оз жилкий эи 1 !Хз+ 31 !ОН + 1А)Нз, (8.5) или осуществить нейтрализацию азотоводородной кислоты по реакции НХз+ 1 !ОН 1 !Хз+ Н О (8.6) При работе с азидами необходимо принимать особые меры предосторожности. Азиды очень ядовиты: при попадании в рот, вдыхании и всасывании они по своему действию сравнимы со стрихнином.
При контакте азидов с кислотой выделяется азотоводородная кислота НЫз, по токсичности близкая к цианистоводородной (синильной) кислоте НСМ. При взаимодействии азотоводородной кислоты с такими металлами, как свинец, серебро, ртуть и медь, образуются высокочувствительные взрывчатые вещества. Детонация в азиде лития распространяется со скоростью 990 м1оек. Имеются данные о том, что температуры взрыва составляют от !!5 до 300', но азид нечувствителен к удару.
Карбид бериллия получают прямым взаимодействием элементов или восстановлением окиси бериллия углеродом прн К РАКЕТНЪ|Е ГОРЮЧИЕ 1В5 температуре выше 1500'. Он представляет собой полупрозрачное кристаллическое вещество, имеющее цвет от янтарного до коричневого. Это соединение термически очень устойчиво и его можно использовать как огнеупорный материал. Карбид бериллия в отсутствие влаги и кислорода при температуре ниже 2000' не разлагается.
Нитрид бериллия получают действием аммиака или азота на металлический бериллий или его карбид при температуре выше 1000'. При действии воды, кислот и щелочей он разлагается с выделением аммиака, а при высоких температурах реагирует с кислородом. Данные для этих соединений бериллия, приведенные в табл. 8.3, заимствованы из работы [218[. Карбид и нитрид бериллия малопригодны в качестве компонентов ракетных топлив. Нитрид уже находится в высшем состоянии окисления, на что указывает его теплота образования, и оба соединения горят, вероятно, с ббльшим трудом, чем металлический бериллий.
Единственное преимущество применения соединений бериллия, кроме его гидрида,— достижение больших плотностей. Большая плотность топлива может быть, по-видимому, получена при использовании борокарбида бериллия Ве8В8СИ который представляет собой продукт реакции окиси бериллия и бора. Для получения борокарбида бериллия смешивают 75 частей ВеО и 45 частей В; смесь смачивают спиртом, прессуют и затем нагревают в электрической печи в течение 7 — 8 А|ин до плавления. Образующиеся кристаллы имеют металлический блеск и плотность 2,4 г/см8. Борокарбид бериллия устойчив.
На воздухе при температуре красного каления он лишь окисляется с поверхности. Он сгорает в атмосфере хлора при 450', образуя хлориды бериллия и бора и аморфный углерод. Развитию процесса горения могут препятствовать трудные условия окисления; присутствующий бор можно удалить при сгорании в атмосфере фтора. Известно несколько боридов бериллия — Ве8В, ВеВ8, ВеВ8, и ВеВ, [69). Все они образуются путем непосредственного взаимодействия элементов при 1400', но ни один из них, видимо, не представляет большого интереса. Карбид и нитрид бора также не вызывают особого интереса. Нитрид имеет высокую теплоту образования.
Температуры плавления и плотности обоих этих соединений близки к соответствующим значениям для бора, так что они не имеют значительных преимуществ. В табл. 8.3 приведены свойства карбида, который в тонкоизмельченном состоянии может представить некоторый интерес вследствие повышенной реакционной 186 8. РЛКЕТНЫЕ ГОРЮЧИЕ способности по отношению к кислороду. Эти данные заимствованы нз работ [!74 и 2!8]. Карбиды и нитриды более тяжелых металлов вообще не представляют интереса. По существу такие соединения могут быть полезны только в тех случаях, когда металл имеет высокую реакционную способность или малую плотность, а соответствующее соединение — низкую теплоту образования. 8.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
