ЗАНЯТИЕ № 6

Будем считать, уважаемые читатели, что вы уже достаточно хорошо освоили элементарные теоретические основы пиротехники. (См. предыдущие занятия.) Пора переходить к практическим занятиям. Их основная цель предполагается та же, что в Специализированном учебно-научном центре МГУ и в летней школе "Химера" — изготовить фейерверк самим. А для начала несколько общих замечаний.

Учтите, что даже самый простой фейерверк — это прежде всего тяжелая работа, требующая физических усилий, терпения и аккуратности. Мы, например, посчитали, что стандартная фейерверочная ракета и при налаженном производстве требует для изготовления в 300–400 раз больше времени, чем для полета. Кстати, как показывает мой опыт, молодые люди обычно не могут проделать всю работу от начала до конца. У девушек терпения больше.

Вам потребуется довольно большой ассортимент реактивов, материалов, инструментов. Поскольку вы будете накапливать запас различных пиротехнических смесей и вспомогательных изделий (стопин, звездочек и тому подобного), я категорически не советую заниматься такой работой дома. Это опасно хотя бы потому, что готовые фейерверочные изделия, полуфабрикаты и смеси совершенно недопустимо хранить в одной комнате. Оптимальный вариант — найти достаточно смелого учителя, готового предоставить школьный кабинет химии для пиротехнических экспериментов (крайний случай это сарай, лучше кирпичный, понятно почему?).

ВНИМАНИЕ! Автор не может отвечать за результаты работ, если вы колдуете дома и без помощи квалифицированного руководителя. Если вы правильно и полно ответите на вопросы, составленные в основном по темам предыдущих публикаций, то вступите в наш пироклуб. И сможете получать новости и технологии фейерверочного искусства. Конечно, вам придется порыться и в других книгах. Не запрещены консультации у грамотных химиков.

ЗАНЯТИЕ № 7. ИСТОРИЯ ПОРОХА

Давайте отвлечемся немного от химической термодинамики и поговорим о прошлом. История создания черного пороха, служившего единственным взрывчатым веществом в течение по крайней мере 600 лет, тесно переплетена с историей развития промышленного неорганического синтеза. Два из трех компонентов — сера и древесный уголь — известны с древнейших времен. Но они не могли гореть без доступа воздуха. Нужен был легко разлагающийся окислитель — калиевая селитра. К ней человек шел не одно столетие.

Первые упоминания о применении боевых горючих смесей относятся к "греческому огню". (Подробнее о нем можно прочитать в "Химии и жизни", 1993, № 3.)

Например, в 670 и 718 гг. н. э. этим зажигательным средством были уничтожены корабли арабского флота, осаждавшего Константинополь (Царьград). Можно допустить, что ранние составы "греческого огня" не содержали селитры и соответственно не могли гореть без доступа воздуха.

Из разных описаний (например, "Огненная книга" Марка Грека, 1250 г.) следует, что в состав "огня" входили смола, сера, нефть, масла. Испытывали на себе действие "греческого огня" и русские воины. В 941 г. возвратившиеся из неудачного похода на Царьград ратники князя Игоря рассказывали: "У греков в руках точно молние небесное, которое они пускали трубами и жгли нас: вот почему и не одолели мы их". Из описаний следует, что огонь "пускали трубами", причем с близкого расстояния. Но смесь, не содержащая окислителя (селитры), не могла гореть в трубах! Вполне вероятно, что "греческий огонь" образца 941 года уже содержал селитру.

В Китае первое описание состава и рецепта приготовления горючей смеси из селитры, серы и угля появилось около 600 г. н. э. Возможно, что метаемый трубами "греческий огонь" был приготовлен на основе импортной селитры, причем ее рецепт в Византии не знали. Этим можно объяснить достаточно редкое использование мощного оружия и то, что оно не спасло греков от поражения войском киевского князя Святослава в 971 г. и от разгрома Царьграда крестоносцами в 1204 г. В последнем случае греки использовали зажигательные лодки (брандеры), но не извергающие огонь трубы.

В середине XIII в. в Европе появились описания нового соединения — селитры, а также способов ее производства и очистки. Первые рецепты написаны арабскими учеными, которые в свою очередь упоминают о "китайских огненных стрелах".

Получается селитра при разложении животных и растительных остатков. Древние термины "salpetre" (англ.) или "nitrum" (лат.) означали белую соль, добываемую из земли, — ими называли и поваренную соль, и соду. Латинский термин происходит от арабского "нитрум". В условиях жаркого климата и длинного сухого сезона достаточно быстрое разложение органических веществ и накопление смеси нитратов в почве — обычное явление. Однако, чтобы выделить из естественной смеси достаточно чистую калиевую селитру, пригодную для горючих составов, нужны немалые химические знания. Наиболее подходящий для накопления "селитряной земли" климат был в Северной Африке, Сирии, Южном Китае и Индии. Научные знания арабов и китайцев в то время позволили им организовать производство довольно чистой селитры. Хотя иногда калиевую селитру называют "индийской", утверждения об ее индийском происхождении неверны. Для производства "селитряной земли" использовали смесь навоза, костей и внутренностей животных, помещаемую в специальные ямы с золой и известью. Образованные касты индийского общества вряд ли могли соприкасаться с таким сырьем. Однако в XIII веке в Индии уже сформировалась каста "селитрянщиков", которые производили нитрат калия в больших количествах, скорее всего, по китайской технологии. Поскольку арабы называли очищенную калиевую селитру "китайским снегом", наиболее вероятно, что разработали технологию китайцы. Известный ученый и путешественник Марко Поло, посетивший Китай в 1275–1292 гг., дал такое описание. "Белую доброкачественную соль" получали после экстракции водой из "селитряной земли" и упаривания раствора. Этот продукт китайцы использовали и как поваренную соль — известно, что нитраты улучшают консервирующее действие хлорида натрия.

Поскольку еще в прошлом веке в Индии производили калиевую селитру практически по той же технологии, воспользуемся данными из книги А.Маршалла "Взрывчатые вещества" (1915 г.). "Сырая" селитра до перекристаллизации содержала от 30 до 65 % нитрата калия, до 14 % нитратов кальция и магния, от 15 до 35 % хлорида натрия, до 15 % сульфата натрия. После первой перекристаллизации содержание нитрата калия увеличивалось до 82–90 %, но в такой селитре было еще до 7 % хлорида натрия. Поскольку нитрат натрия гигроскопичен, селитра для производства пороха требовала, по крайней мере, двух перекристаллизаций.