為什麼大多數炸藥和鞭炮都是以鋁粉作為還原劑而不是更加活潑的鎂粉?
題主是中二的高中生,經常搗鼓閃光粉,發現鎂閃光粉普遍比鋁強很多,鋁閃光粉一般很難點著而且也不夠劇烈
好幾個原因都決定了鋁是比鎂更加優越的添加劑。
儲存、安全這些方面已經有人答過了。
我主要說說另外幾個重要原因。
第一是能量密度:
鋁充分燃燒會放出83.73kJ/cm^3的能量
鎂則是44.21kJ/cm^3
很明顯,鋁的能量密度接近鎂的兩倍。
鎂粉的反應速率如果沒有達到鋁粉的兩倍,那麼鎂的輸出功率是達不到鋁的水準的。
就算鎂輸出功率達到了鋁的,鎂也會因為總能量遜於鋁而有劣勢。
金屬粉末的反應速率最主要取決於顆粒大小,鋁粉做的更細是有天然的優勢的。這就是第二個原因要說的。
第二個原因是製造工藝。
鎂能在氮氣里燃燒這個大家應該都知道。
推進劑和能材級的鋁粉的製備是靠噴霧冷卻法來製造的。
噴霧冷卻法是用的一個很細的噴嘴將液態的金屬用高壓氣體驅動噴出,從而形成極細的金屬小顆粒,然後冷卻下來得到產品。和Avène的噴霧嘴、澆花的那個噴頭工作原理很相似。
鋁粉由於在熔點溫度下不和氮氣反應,所以製作鋁粉可以用氮氣做驅動氣體和冷卻氣體,早期用空氣都可以,只是現在為了提升推進劑的比沖都需要用的幾微米甚至納米級的鋁粉,所以用空氣不安全,都用的氮氣。
而製造鎂粉如果用氮氣就等著大爆炸吧。所以鎂粉加工不用噴霧冷卻,就算用這個方法也得用氬氣,那就比空氣和氮氣價格貴了很多了。所以造鎂粉一般用球磨法,就是幾個大鋼磨劇烈碰撞把鎂屑磨碎,可想而知這種得到的鎂粉質量很差。
第三,相容性的問題。
鎂活性高於鋁,鎂和鋁相比與其他物質的相容性就很差。推進劑能材這些都是氧化劑還原劑混合的體系,我們需要一個不那麼活潑,卻又能放出巨大能量的東西,鋁就很合適。比如高氯酸銨和鋁粉混合就比高氯酸銨和鎂粉混合安全。
綜上鋁粉是遠遠優於鎂粉的。
中二高中生同志你好,幹了這杯伏特加,酒精穿腸過,共產心中坐。
下面用比較通俗的語言回答。
題主你也說了鎂要比鋁活潑的,這就對了。太活潑的東西是不能加進去的。
很簡單,怕它在不想炸的時候炸。
很多人都有這麼個誤區,那就是炸藥一點就炸。
炸藥最重要的除了功率以外就是穩定性(感度)了,畢竟大家都不想死。炸藥的起爆可不是隨隨便便拿打火機點的,看見那根導火索了嗎?炸藥起爆是它的功勞,它可不是那個「幫你把火傳過去的東西。」
好了,回到這個問題。為什麼用鋁粉不用鎂粉。
首先,鋁粉的能量要比鎂粉高。這個你們學過鋁熱反應的,應該知道。通常來說。炸藥爆溫越高,威力越大。
不過放心,二踢腳裡面是加了料了,要是二踢腳里是純炸藥,你至少得跑15米,還要找個全身掩體躲起來。
第二,鋁粉便宜。而且相對於鎂粉來說保質期更長。
因此,對於那種只是聽個響的東西而言,鋁粉要比鎂粉更優越。
不過鎂粉也是有用的,很多煙火劑裡面都加了鎂粉而不是鋁粉,因為鋁粉的溫度太高了,容易導致某些發光體分解得太快,一片白……
而且鎂粉燃燒的時候會發出強光,一些信號劑里會加,增加發光強度,不過顏色的純度就下降了。
藍光煙火劑裡面是萬萬不能加鋁粉的,其實鎂粉也不應該加,應該加的是硝化棉。因為藍光煙火劑的一氯化銅發光體對溫度巨敏感,動不動顏色就失真……
金屬鋁表面有緻密的氧化膜,可以阻隔氧氣保護金屬被進一步氧化,所以鋁粉在保存性方面要遠高於鎂粉,這是其一——高中知識。
第二,含能材料領域有一說是因為這層緻密的氧化膜,每個金屬鋁粉的顆粒都可以被視為一個膠囊,在反應過程中,高溫的液態金屬鋁會有一個衝破氧化鋁包囊的過程,類似於雷管製造中的加強帽。對於鞭炮而言,會帶來更好的視覺效果與炸響效果。
首先糾正一下題主的一個錯誤的認識,鋁閃光粉並非難點燃而且效果不劇烈,只是因為你用的鋁粉接觸面積不夠大,而且不夠細導致的,實際生產中通常使用由鋁箔球磨製備的鱗片狀鋁粉(也叫暗鋁)代替霧化沉積得到的球狀鋁粉配合氯酸鉀使用,在這種情況下鋁粉本身的化學活性已經足夠炸響劑的需要,而且鋁本身緻密的氧化膜可以有效阻隔鋁粉與空氣中的水氧進一步反應引發的自燃現象,但是由於氯酸鉀中常含有少量溴酸鉀,溴酸鉀在濕熱條件下容易和鋁粉,硫粉等反應引發自爆,以及生產中加入銀色爆音劑的硫粉與氯酸鉀在有微量銅離子催化下可以自爆(煙花用球磨機為了防止火花出現經常使用銅合金球,所以氯酸鉀中常含有銅成分),所以國家禁止了氯酸鉀在煙火藥中的使用,而代用品高氯酸鉀分解是吸熱反應,而且氧化性通常需要在融化時展現,所以初始的分解過程中過氯酸鉀煙火劑燃點通常比氯酸鉀系高得多,常用的綠色引線往往不能有效點燃高氯酸鉀系炸響劑,因此不得不在煙花中加入鎂粉來提高點燃率,因為鎂的化學活性很高,在空氣中就會和空氣緩慢反應,和水反應會生成薄層氫氧化鎂,一是隔熱,二是吸水,引發鎂粉上會有細微的熱點,很容易就會自燃,對於細鎂粉尤為如此,YouTube上的Dornier335A有納米鎂粉和硝酸銀煙火劑被水激發的視頻。這顯然不利於安全存儲和使用,而且因為鎂的球形化很昂貴,所以鎂粉顆粒通常不是球形的,如果鎂粉過粗,在稜角上就會產生微型的火台效應,從而提高撞擊感度和摩擦感度,得不償失,現在工業使用的鎂粉都是重鉻酸鉀表面鈍化的鎂粉,也難以完全保證不自燃,而且摻入鎂粉因為鎂鋁粒度,密度均不同,很容易分層,促進點火的意義就沒有了,因此摻入鎂粉並不是好辦法,而使用純鎂粉更是一件沒有意義,昂貴,而且危險的事情。現代工業的解決辦法是將鋁鎂塊混合融化,壓片後球磨,得到一定粒度的鋁鎂合金粉,這樣既可以提高火焰感度和點燃率,又避免了摻入鎂粉的不均勻和部分位置形成火台的問題,這是目前除了在引信根部塗敷點火藥以外最簡單的辦法了,也是最經濟的辦法,我說完了,reference今天太晚了我就不放了,需要的話我可以提供佐證文獻。
鎂粉混多種常見氧化劑自燃,延遲時間從幾秒鐘到幾年不等,大量的鎂粉本身受潮也自燃。
有些煙花爆竹廠用鎂鋁合金粉也出過事。
至於點不著,別只用金屬粉做還原劑,配方里含點碳之類普通的可燃物就能點著了。
除非你要做幾乎不產生氣體的閃光粉。
因為你是拿來做炸藥和鞭炮,不是閃光彈…
高中生玩鎂熱鋁熱千萬不要超過1g量級,最好玩都不要玩。
至於下場,在化學吧找熊孩子事件,能找到很多人間慘劇。
慘案現場:
之前一些回答已經很棒了 不過我也想表達一下我自己的看法,這個問題我想有以下幾個原因。
鎂粉確實很易燃,但是同時它也太活潑。所以如果要大量使用恐怕需要進行頓化處理,比如用石蠟等物質頓化……這無疑增加了成本並且鎂本身也比鋁貴(而鋁便宜)。所以使用並不多,但是煙花行業中還有一種更好的東西那就是鎂鋁合金粉。它結合了兩種金屬各自的優點,鎂的易燃、鋁的頓感高能。
兩種金屬各有特點,鎂粉密度比鋁低但更易燃更貴(比較適合做為點火藥)鋁粉密度更高便宜高能(適合做為主火藥的還原劑成分當然這樣會使火藥不易點燃需要點火藥)有問題可以回復謝謝!
鋁粉和鎂粉……emmm聽起來鋁粉比較便宜啊,貌似便宜很多的樣子。
make a really big fucking hole
諾貝爾:給我你的簡歷,我需要你當我的助手(′▽`)
你又不是神教人,怎麼整天想著自爆
便宜啊
反應速率合適就行了唄,一定要追求活潑的話,加鈉可能會讓你懷疑人生
更加活潑的
鎂粉太活潑了,放下空氣中都可以自然氧化,太活潑的不利於儲存。另外,鎂的成本高。氧化鋁和氧化鎂的吉布斯生成焓比較一下,鋁的放熱應該多一些。
由於鋁熱值更高,所以事實上添加鋁粉更劇烈。
這是在安全性上的考慮的,對於炸藥我們要他著的時候要一定要著,不要著的時候一定不要著。我們知道鋁的氧化膜要比鎂的氧化膜要密,要穩定好些,當用炸藥與鋁粉或鎂粉混合制塊後,鋁粉混合炸藥對刺激性反應要低於鎂粉混炸藥對刺激性反應,這有利於混合性炸藥的長期安全保存。並且鋁粉要低於鎂粉價格,這有利於降低混合性炸藥成本。
高中化學的話,我還可以答一下。高中後就沒學過化學了,純高中知識。
1,鋁、鎂是同一周期的、主族、金屬、元素,但鋁比鎂核電荷數大1,離子的電荷數大1,離子外層電子一樣,所以離子半徑更小。
在同樣與氧離子結合的情況下,顯然鋁離子比鎂離子與氧離子更接近,而電荷數更多。
根據庫侖定律,相互之間的作用力更大,化合過程中轉化為熱能的電勢能更多。
也就是說,以摩爾來計算,鋁比鎂的能量大。
鋁、鎂原子量分別為27:24,離子電荷比3:2,所以,
電荷/原子量:1/9:1/12,4:3,單位質量的鋁比鎂能量大。這麼估計就大33%了,再考慮到離子半徑更小的加成,應該超過33%。
2,鋁便宜,
3,接著1來,同一周期、主族金屬,鎂核電荷數小1,比鋁活潑。鎂條在空氣中一根火柴就可點燃,鋁絲在空氣中根本點不著。安全。
鎂這傢伙,雖然不像鈉那麼BT,但也夠BT了,氮氣都Hold不住它,起火後也不能用二氧化碳、1211滅火。
記得化學書上說,鎂和熱水都反應,在元素周期律那一章。
含金屬粉的炸藥里都添加強氧化劑的,和鎂粉混在一起,怎麼都讓人不放心啊。因為鞭炮不能那麼劇烈。。會出事
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