Articulo de referencia

composición pirotécnica

Una composición pirotécnica es una sustancia o mezcla de sustancias diseñada para producir un efecto mediante calor, luz, sonido, gas/humo o una combinación de estos, como resul...

Una composición pirotécnica es una sustancia o mezcla de sustancias diseñada para producir un efecto mediante calor, luz, sonido, gas/humo o una combinación de estos, como resultado de reacciones químicas exotérmicas autosostenidas y no detonantes . Las sustancias pirotécnicas no dependen del oxígeno de fuentes externas para mantener la reacción.

Tipos

Los tipos básicos de composiciones pirotécnicas son:

  • Pólvora flash : arde muy rápido, produce explosiones y/o destellos de luz brillantes.
  • pólvora – arde más lentamente que la pólvora flash, produce una gran cantidad de gases
  • Propelentes sólidos : producen grandes cantidades de gases calientes, utilizados como fuentes de energía cinética para cohetes y proyectiles.
  • Iniciadores pirotécnicos : producen gran cantidad de calor, llamas y/o chispas calientes, y se utilizan para encender otras composiciones.
  • Generadores de gas : producen grandes cantidades de gas, ya sea en grandes volúmenes durante un corto período de tiempo (para actuadores y cargas de eyección, a menudo utilizando propelentes sólidos) o con un caudal controlado (por ejemplo, generadores químicos de oxígeno , a menudo utilizando composiciones similares a la termita).
  • Cargas de eyección : arden rápidamente, producen una gran cantidad de gas en poco tiempo y se utilizan para expulsar cargas útiles de los contenedores.
  • Cargas explosivas : arden rápidamente, producen una gran cantidad de gas en poco tiempo y se utilizan para fragmentar un contenedor y expulsar su contenido.
  • Composiciones de humo : arden lentamente, producen humo , simples o de colores.
  • composiciones de retardo : arden a velocidad lenta constante, se utilizan para introducir retardos en el tren de combustión.
  • Fuentes de calor pirotécnicas : producen gran cantidad de calor y pocos o ningún gas, de combustión lenta, a menudo con composiciones similares a la termita.
  • bengalas : producen chispas blancas o de colores.
  • Bengalas : arden lentamente, producen gran cantidad de luz y se utilizan para iluminación o señalización.
  • composiciones de fuegos artificiales de colores : producen luz, blanco o de color.

Algunas composiciones pirotécnicas se utilizan en la industria y la aeroespacial para generar grandes volúmenes de gas en generadores de gas (por ejemplo, en airbags ), en elementos de fijación pirotécnicos y en otras aplicaciones similares. También se emplean en pirotecnia militar, cuando se requiere la producción de grandes cantidades de ruido, luz o radiación infrarroja; por ejemplo, en bengalas de señuelo para misiles , pólvoras de destello y granadas aturdidoras . Actualmente, las fuerzas armadas están investigando una nueva clase de composiciones de materiales reactivos .

Muchas composiciones pirotécnicas, especialmente las que contienen aluminio y percloratos, suelen ser muy sensibles a la fricción, los impactos y la electricidad estática . Incluso una chispa de tan solo 0,1 a 10 milijulios puede provocar la explosión de ciertas mezclas.

Materiales utilizados

Las composiciones pirotécnicas suelen ser mezclas homogeneizadas de pequeñas partículas de combustibles y oxidantes. Estas partículas pueden ser granos o escamas. Generalmente, cuanto mayor sea la superficie de las partículas, mayor será la velocidad de reacción y de combustión. Para algunos fines, se utilizan aglutinantes para convertir el polvo en un material sólido.

Combustibles

Los combustibles típicos se basan en polvos metálicos o metaloides . La composición de un polvo de encendido puede especificar varios combustibles diferentes. Algunos combustibles también pueden servir como aglutinantes. Los combustibles comunes incluyen:

  • Rieles
    • Aluminio : combustible más común en muchas clases de mezclas, también supresor de la inestabilidad de la combustión. Menos energía por masa que el carbono, pero menor desprendimiento de gases, reteniendo calor en la mezcla de reacción. Llama de alta temperatura con partículas sólidas, que interfieren con los colorantes de la llama. Reacciona con nitratos, excepto el nitrato de amonio, produciendo óxidos de nitrógeno, amoníaco y calor (la reacción es lenta a temperatura ambiente pero violenta por encima de 80  °C y puede encenderse espontáneamente); la reacción puede ser inhibida por un ácido débil, por ejemplo, ácido bórico . Se corroe con sustancias alcalinas. Las partículas en escamas son más fáciles de encender y mejores para pirotecnia que las esféricas. En presencia de humedad reacciona con clorato de potasio y perclorato, produciendo hidrógeno. El tamaño de partícula se selecciona según la velocidad de combustión requerida. [ 1 ]
    • El magnesio , más sensible y violento que el aluminio, aumenta la probabilidad de ignición espontánea durante el almacenamiento. Se utiliza en fuegos artificiales para aumentar la temperatura de la llama. Altera menos el color de la llama que el aluminio.
    • Magnalium : aleación de aluminio y magnesio, más estable y menos costosa que el magnesio; menos reactiva que el magnesio, más fácil de inflamar que el aluminio.
    • Hierro : produce chispas de oro, se usa con frecuencia.
    • El acero , una aleación de hierro y carbono, produce chispas ramificadas de color amarillo anaranjado.
    • El zirconio produce partículas calientes, ideales para mezclas de ignición, como el iniciador estándar de la NASA , y también actúa como supresor de la inestabilidad de la combustión.
    • Titanio : produce partículas calientes, aumenta la sensibilidad al impacto y la fricción; a veces se utiliza la aleación Ti4Al6V, que produce chispas blancas un poco más brillantes; junto con perclorato de potasio se utiliza en algunos detonadores pirotécnicos ; el polvo grueso produce chispas ramificadas de color blanco azulado.
    • El ferrotitanio , aleación de hierro y titanio, produce chispas de color amarillo blanquecino brillante y se utiliza en estrellas pirotécnicas, cohetes, cometas y fuentes.
    • Ferrosilicio : aleación de hierro y silicio, utilizada en algunas mezclas, a veces como sustituto del siliciuro de calcio.
    • Manganeso : se utiliza para controlar la velocidad de combustión, por ejemplo, en composiciones retardantes.
    • Zinc : se utiliza en algunas composiciones de humo , junto con azufre, en algunos combustibles para cohetes de aficionados primitivos, y también en estrellas pirotécnicas; las composiciones pesadas a base de zinc pueden requerir sustentación adicional para alcanzar la altura suficiente; sensible a la humedad; puede encenderse espontáneamente; rara vez se utiliza como combustible primario, excepto en composiciones de humo, y puede encontrarse como combustible de refuerzo secundario.
    • Cobre : ​​se utiliza como colorante azul con otros combustibles.
    • Latón : una aleación de zinc y cobre utilizada en algunas fórmulas de fuegos artificiales como colorante azul por su contenido de cobre.
    • Tungsteno : se utiliza para controlar y ralentizar la velocidad de combustión de las composiciones, también en composiciones de retardo.
    • Aleación de circonio y níquel : se utiliza en algunas composiciones de retardo militares.
  • Hidruros metálicos (menor calor de combustión que los metales puros, pero mayor sensibilidad/reactividad al agua):
    • Hidruro de titanio(II) : junto con perclorato de potasio, se utiliza en algunos ignitores.
    • Hidruro de circonio(II) : junto con perclorato de potasio, se utiliza en algunos ignitores.
    • Hidruro de aluminio : inestable para el almacenamiento (se descompone fácilmente con la humedad) y reacciona peligrosamente en contacto con el agua.
    • Decaborano : se experimentó con él para algunos combustibles de cohetes.
  • carburos metálicos
    • Carburo de circonio : se utiliza en algunos combustibles para cohetes y también como supresor de la inestabilidad de la combustión.
  • Metaloides
    • Silicio : alta temperatura de llama, arde produciendo vidrio fundido, se utiliza en algunas composiciones de ignición y cargas retardantes, comúnmente con tetróxido de plomo.
    • Boro : se utiliza en algunas mezclas de ignición.
    • Antimonio : se utiliza en algunos fuegos artificiales para crear efectos brillantes ; es tóxico y arde con una llama blanca brillante; generalmente se usa con un tamaño de malla de 200 a 300; con nitrato de potasio y azufre produce llamas blancas.
  • Inorgánico no metálico
    • Azufre : promotor de la ignición, aumenta la velocidad de combustión; aumenta la sensibilidad a la temperatura, el impacto y la fricción; peligroso en combinación con cloratos; comúnmente utilizado con nitratos; se utiliza como aditivo; puede contener ácidos residuales; se recomienda su combinación con carbonatos u otros estabilizadores alcalinos en composiciones sensibles a los ácidos.
    • Fósforo rojo : extremadamente peligroso, especialmente en combinación con cloratos ( mezcla de Armstrong ); se utiliza en cápsulas ; también en cerillas y algunas bengalas infrarrojas militares; tóxico.
    • El fósforo blanco , utilizado en armas incendiarias y para fabricar algunas cortinas de humo militares , se inflama espontáneamente en el aire; es aún más tóxico.
    • Siliciuro de calcio : se utiliza en algunas composiciones especiales.
    • Trisulfuro de antimonio : promotor de ignición; el polvo fino aumenta la sensibilidad y agudiza el estampido de los saludos; tóxico y sensible a la electricidad estática; [ 2 ] emite una luz blanca brillante; los cristales también se utilizan como combustible en composiciones de purpurina y en cometas blancos y estrellas pirotécnicas. Sensible a la fricción y al impacto; el grado de sensibilización depende del oxidante (sensible a la fricción y al impacto con clorato de potasio, a la fricción con perclorato de potasio, al impacto con perclorato de amonio e insensible a ambos con nitrato de potasio).
    • Sulfuro de arsénico ( rejalgar ): tóxico, sensible a los impactos y la fricción. Se utiliza en composiciones de informes debido a su sensibilidad al clorato, incluso en pequeñas cantidades. Se utiliza en composiciones de humo amarillo debido a su bajo punto de ebullición.
    • Trisulfuro de fósforo : se utiliza para fabricar cerillas.
    • Fosfuro de calcio : libera fosfina al mojarse; se utiliza en algunas bengalas de señalización naval.
    • tiocianato de potasio
  • Basado en carbono
    • Carbón
      • Carbón vegetal : produce tenues chispas doradas.
      • Grafito : también se utiliza como opacificante en combustibles para cohetes para evitar la transferencia de calor por radiación a las capas inferiores de combustible y prevenir las explosiones relacionadas.
      • Negro de humo : produce chispas doradas finas y duraderas en los fuegos artificiales; también se utiliza como opacificante en los combustibles para cohetes.
    • Asfalto : combustible a base de carbono, también utilizado como aglutinante. Algunas formas contienen amoníaco; no debe combinarse con cloratos. [ 1 ]
    • Harina de madera
  • productos químicos orgánicos
    • Benzoato de sodio : se usa a menudo en mezclas para silbatos junto con perclorato de potasio.
    • Salicilato de sodio : se utiliza en algunas mezclas para silbatos.
    • Ácido gálico : se utiliza en algunas mezclas para silbatos; es sensible a los impactos y la fricción, existen alternativas más seguras.
    • Picrato de potasio : se utiliza en algunas composiciones de silbatos, es más seguro que el ácido gálico pero sigue siendo peligroso; con metales pesados ​​(por ejemplo, plomo) forma sales explosivas.
    • Ácido tereftálico : un combustible en algunas composiciones de humo.
    • Hexamina : un combustible accesorio de baja reactividad.
    • El antraceno , un combustible presente en algunas composiciones de humo, produce humo negro.
    • Naftaleno : un combustible en algunas composiciones de humo.
    • Lactosa : se utiliza junto con clorato de potasio en muchas composiciones de humo; combustible accesorio barato y de baja reactividad.
    • Dextrosa : se utiliza en algunos combustibles sólidos para cohetes de fabricación casera.
    • Sacarosa – utilizada en algunas composiciones de humo
    • Sorbitol : se utiliza junto con nitrato de potasio como combustible sólido para cohetes de fabricación casera.
    • Dextrina : también un aglutinante
    • Estearina , ácido esteárico : combustible auxiliar, posible sustituto del carbón vegetal y/o el azufre en algunas composiciones; prolonga las llamas, puede reducir la sensibilidad a la fricción; agente flematizante.
    • Hexacloroetano : se utiliza en muchas composiciones de humo militares.
  • Polímeros y resinas orgánicas, que a veces también sirven como aglutinantes.

Cuando se utilizan combustibles metálicos, el tamaño de las partículas metálicas es importante. Una mayor relación superficie-volumen conduce a una reacción más rápida; esto significa que partículas más pequeñas producen una composición de combustión más rápida. La forma también importa. Las partículas esféricas, como las producidas por la atomización de metal fundido, no son deseables. Las partículas delgadas y planas, como las producidas por la molienda de láminas metálicas, tienen una mayor superficie de reacción y, por lo tanto, son ideales cuando se desea una reacción más rápida. El uso de nanopartículas puede afectar drásticamente las velocidades de reacción; los compuestos intermoleculares metaestables aprovechan esta propiedad.

Un combustible metálico adecuado puede ser peligroso por sí solo, incluso antes de mezclarse con un oxidante. Se requiere un manejo cuidadoso para evitar la producción de polvos metálicos pirofóricos .

Oxidantes

Los percloratos , cloratos y nitratos son los oxidantes más comunes para las pólvoras de destello. Otras opciones incluyen permanganatos , cromatos y algunos óxidos . Generalmente, cuanto menor sea la cantidad de oxidante, más lenta será la combustión y mayor la luz producida. Para su uso a temperaturas muy elevadas, se pueden emplear sulfatos como oxidantes en combinación con combustibles altamente reductores.

Entre los oxidantes utilizados se incluyen:

  • Percloratos (que también actúan como donantes de cloro):
    • Perclorato de potasio : común, relativamente estable. Casi no higroscópico. Baja solubilidad en agua. Produce llama de alta temperatura y humo de cloruro de potasio. Reemplazo más seguro del clorato de potasio. Sensible al impacto con fósforo.
    • Perclorato de amonio : el oxidante más común para los combustibles sólidos modernos para cohetes; más sensible a los estímulos mecánicos que el perclorato de potasio. Poco común en fuegos artificiales; crea una llama intensa, realza los colorantes de bario, estroncio y cobre al actuar como donante de cloro. Reacciona con el magnesio cuando está húmedo y libera calor y amoníaco, pudiendo autoencenderse. En contacto con nitrato de potasio (p. ej., en pólvora negra) produce perclorato de potasio y nitrato de amonio higroscópico ; no se produce tal reacción con nitrato de sodio. Reacciona con clorato de potasio, produciendo clorato de amonio inestable que se descompone gradualmente ; esta combinación debe evitarse. [ 1 ]
    • perclorato de nitronio
  • Cloratos (que también actúan como donantes de cloro, son incompatibles con las sales de amonio debido a la formación de clorato de amonio explosivo e inestable , incompatibles con el azufre y otros productos químicos ácidos debido a la producción de dióxido de cloro que se inflama espontáneamente ; muy peligrosos con el fósforo; no deben combinarse con combustibles/aglutinantes de hidrocarburos, por ejemplo, asfalto o goma arábiga; deben sustituirse por percloratos más seguros siempre que sea posible):
    • Clorato de potasio : mucho menos estable que el perclorato, peligroso, evitar en lo posible. Alta velocidad de combustión, fácil ignición. Ligeramente más higroscópico que el nitrato de potasio. Produce humo de cloruro de potasio. Puede actuar como donante de cloro. Alta sensibilidad al impacto y a la fricción con azufre y sulfuros. Con sales de amonio produce clorato de amonio inestable. Se utiliza en composiciones de cabezas de cerillas, algunos humos de colores y pequeños petardos y fulminantes de juguete. [ 1 ]
    • Clorato de bario : también se utiliza como colorante verde en fuegos artificiales; es sensible, por lo que es mejor evitarlo. Es casi no higroscópico. Las composiciones pueden combustionar espontáneamente bajo la luz solar. Es un muy buen colorante verde, incluso en llamas de baja temperatura. [ 1 ]
    • Clorato de sodio : mucho menos estable que el perclorato, peligroso, también sirve como colorante amarillo, higroscópico.
  • Nitratos (al mezclarlos con aluminio, se debe añadir ácido bórico como estabilizador):
    • Nitrato de potasio : muy común, se usa en la pólvora negra y en una amplia variedad de composiciones. No es muy higroscópico. A bajas temperaturas (con combustibles comunes como la colofonia o la goma laca) no es muy eficiente, no arde bien y produce nitrito de potasio. A temperaturas más altas, con carbón vegetal y azufre o con magnesio, se descompone bien. No produce suficiente temperatura para generar llamas de colores, excepto cuando se le añade magnesio. Produce buenas chispas. Su presencia en el polvo lo hace peligroso y muy inflamable. [ 1 ]
    • Nitrato de sodio : también un colorante amarillo, higroscópico. Produce una luz amarilla intensa y se utiliza en composiciones de iluminación. Su presencia en el polvo lo hace peligroso. A bajas temperaturas produce ceniza de nitrito; a temperaturas más altas se descompone completamente. [ 1 ]
    • Nitrato de calcio , también un colorante rojo anaranjado.
    • Nitrato de amonio : se utiliza en algunos propelentes compuestos para cohetes menos comunes; es higroscópico y se descompone a temperaturas demasiado bajas. En estado seco reacciona con Al, Zn, Pb, Sb, Bi, Ni, Cu, Ag y Cd; en estado húmedo reacciona también con Fe. Forma un compuesto explosivo con el cobre.
    • Nitrato de bario : oxidante/colorante más común para colores verdes y blancos, pero con un efecto colorante algo débil; requiere un donante de cloro. También se utiliza en pólvoras de destello y algunas bengalas infrarrojas militares. El bario también sirve como estabilizador para las mezclas; [ 3 ] se descompone a temperaturas más altas que los nitratos de metales más ligeros y promueve temperaturas de combustión más elevadas. Con aluminio produce chispas plateadas brillantes; cuando se usa con aluminio, se recomienda la adición de ácido bórico como estabilizador. No es muy higroscópico. [ 1 ]
    • Nitrato de estroncio : oxidante/colorante más común para los colores rojos en bengalas, fuegos y estrellas; el estroncio también actúa como estabilizador de las mezclas. [ 4 ] A bajas temperaturas (con combustibles orgánicos) produce ceniza de nitrito de estroncio que puede sofocar la llama; se descompone completamente a temperaturas más altas (con magnesio). Colorante para llamas de baja temperatura, colorante y oxidante para llamas calientes.
    • Nitrato de cesio : se utiliza en algunas composiciones de bengalas infrarrojas militares.
  • Permanganatos :
  • Cromatos :
    • Cromato de bario : se utiliza en compuestos retardantes, por ejemplo, en cohetes de fuegos artificiales.
    • Cromato de plomo : se utiliza en composiciones de retardo.
    • Dicromato de potasio : se usa con poca frecuencia como oxidante; puede usarse como tratamiento superficial para la pasivación de partículas de magnesio, también como catalizador y en algunos fósforos; a menudo se añade perclorato de potasio.
  • Óxidos y peróxidos :
  • Sulfatos (las reacciones requieren altas temperaturas y combustibles fuertemente reductores):
    • Sulfato de bario : un oxidante de alta temperatura para, por ejemplo, composiciones estroboscópicas, un colorante verde.
    • Sulfato de calcio : un oxidante de alta temperatura, por ejemplo, para composiciones estroboscópicas; un colorante rojo anaranjado.
    • Sulfato de potasio : un oxidante de alta temperatura, un colorante púrpura.
    • Sulfato de sodio : un oxidante de alta temperatura, un colorante amarillo.
    • Sulfato de estroncio : un oxidante de alta temperatura, un colorante rojo.
  • productos químicos orgánicos
  • Otros

Las sales de sodio correspondientes pueden sustituir a las de potasio.

Aditivos

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 Kosanke, K (2004). Química pirotécnica . Whitewater, CO: Journal of Pyrotechnics, Inc. pág.  30. ISBN 978-1-889526-15-7OCLC 61996957 
  2. Sociedad Química Estadounidense . Chemistry.org. Consultado el 15 de octubre de 2010.
  3. Bario – Elementos en los fuegos artificiales . Chemistry.about.com (11 de junio de 2010). Consultado el 15 de octubre de 2010.
  4. Estroncio – Elementos en fuegos artificiales . Chemistry.about.com (11 de junio de 2010). Consultado el 15 de octubre de 2010.
  5. Carga pirotécnica retardadora – Patente 4419153. Freepatentsonline.com (13 de mayo de 1982). Consultado el 15 de octubre de 2010.
  6. EnergyStorm – Mezclas de titanio y boro como fuentes de calor variables. Archivado el 29 de marzo de 2009 en Wayback Machine . Energystorm.us. Consultado el 15 de octubre de 2010.
  • Un artículo de Pyroguide sobre composición pirotécnica
  • propulsores sólidos