“Valin efni í efnafræði”; Endurmenntunarnámskeið

“Valin efni í efnafræði”; Endurmenntunarnámskeið fyrir framhaldsskólakennara í raunvísindum, 5. – 6. Júní, 2003

I. Efnafræði flugeldaII. Efnafræði loga

• Efnahvörf• Varmafræði• Ljómun/litróf

Púður• Samsetning• virkni• gasmyndun• varmamyndun / hitun• hraði púðurvirkni• hvarfgangurSprengjur / “kínverjar”Eldflaugar• drifkraftur• stjörnur• efnafræði stjarnaGosStjörnublysLitaður reykur• ljósgjafar

Flugeldar:

Eldflaugar(“rockets”)

Gos (“fountains”)Blys / stjörnuljós (“sparklers”)

•sprengjur (“bangers”)

•stjörnur (“stars”)

Sprengifim efni / “eldsneyti”:

Púður(black powder)

Sbr.:

Sprengifim efni / “eldsneyti”:

Púður(black powder)

Samsetning:

1252 / Roger Bacon (Oxford; múnkur):Saltpétur / KNO3.... 6Viðarkol / C ....... 5Brennisteinn /S....... 5Vatn /H2O.............. ?

Sprengifim efni / “eldsneyti”:

Púður(black powder)

Samsetning / þróun:

/2003

Sprengifim efni / “eldsneyti”:

Púður(black powder)

Myndun:

1. Viðarkol(C) + brennisteinn(S) + 2-3%vatnmulið saman; viðloðun hámörkuð

2. Rakur “mulningur(1)” + saltpétur (KNO3)mulið

3. “mulningur(2)” pressaður (háþrýstingur) í “köku”4. kaka muld varlega(!)

Sprengifim efni / “eldsneyti”:

Púður(black powder)

Virkni KNO3:C:S:H2O = 75.7:11.7:9,7:2.9 – blöndu:

= lofttegundir / gasþensla

Virkni einfalds púðurs ,KNO3:C:S= 77:17:6 – blöndu):

4KNO3 + 7C + S -> 3CO2 + 3CO + 2N2 + K2CO3 + K2S

= Lofttegundir / gasþensla

(g)

(s) (s)ng = 0 ng = 8

“stoichiometry” púðurvirkni

Virkni einfalds púðurs,KNO3:C:S= 77:17:6 – blöndu):

4KNO3 + 7C + S -> 3CO2 + 3CO + 2N2 + K2CO3 + K2S

= Lofttegundir / gasþensla

(g)

(s) (s)

P = 1 atm

1g púður ng = 0,015 mól PRTn

V gV25

oC= 0.38 dm3

V2000o

C= 2.91 dm3

Gasþenslapúðurvirkni

Virkni einfalds púðurs ,KNO3:C:S= 77:17:6 – blöndu):

4KNO3 + 7C + S -> 3CO2 + 3CO + 2N2 + K2CO3 + K2S + Orka

Útvermið hvarf / rH < 0

Varmamyndun púðurvirkni:

4KNO3+7C +S -> 3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orka

Þ.e. Orkan helst innan “kerfisins” / sprengingarinnarÞ.e. Orkan fer í hitun (og ljósorku)

- fyrstu stigi sprengingarinnarÞ.e. rH T

Virkni einfalds púðurs ,KNO3:C:S= 77:17:6 – blöndu):

4KNO3 + 7C + S -> 3CO2 + 3CO + 2N2 + K2CO3 + K2S + Orka

Varmafræði púðurvirkni:

rH= 0

rH(T0) 0

4KNO3+7C +S -> 3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orkaT0 T

3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orka

T0

TH = HT-HT0

C(T-T0) 0

rH(T0) + TH = 0

rH= 0

rH(T0) 0

4KNO3+7C +S -> 3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orkaT0 T0

3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orka

T0

TH = HT-HT0

C(T-T0) 0

Varmafræði púðurvirkni:

rH(T0) + TH = 0

)fefnivarH()Myndefni()( 0000 HHHTH ffrr

töflumskvHf .0 10 2.1688)( molkJTHr

rH= 0

rH(T0)= -1688.2 kJ mol-1

4KNO3+7C +S -> 3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orkaT0 T

3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orka

T0

TH = HT-HT0

C(T-T0) 0

rH(T0) + TH = 0

Hitun við púðurvirkni:

rH(T0) + C(T-T0) = 0

rH(T0) = C(T-T0) 1688.2 = C(T-T0)

rH= 0

Hiti við púðurvirkni:

rH(T0) = C(T-T0) 1688.2 = C(T-T0)

4KNO3+7C +S -> 3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orka

TH

= C

(T-T

0)/kJ

T

Hraði púðurvirkni:

t.d. 4KNO3+7C +S -> 3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orka

Gangur hvarfs

Ork

a, E

4KNO3+7C +S

3CO2+3CO+2N2

+K2CO3+K2S

rE/rH

Ea

T0

Hraði púðurvirkni:

t.d. 4KNO3+7C +S -> 3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orka

Gangur hvarfs

Ork

a, E

4KNO3+7C +S

3CO2+3CO+2N2

+K2CO3+K2S

rE/rH

Ea

T1

Hraði púðurvirkni:

t.d. 4KNO3+7C +S -> 3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orka

Gangur hvarfs

Ork

a, E

4KNO3+7C +S

3CO2+3CO+2N2

+K2CO3+K2S

rE/rH

Ea

T2

Hraði púðurvirkni:

t.d. 4KNO3+7C +S -> 3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orka

280oC 400oC

Ea

Ea kJ mol-1

Háð S - magni

hvarfgangur púðurvirkni:

t.d. 4KNO3+7C +S -> 3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orka

280oC

frumferli

síðferli

frumferli

síðferli

hvarfgangur púðurvirkni:

4KNO3+7C +S -> 3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orka

290oC

S + lífræn efni -> H2S

KNO3 + lífræn efni -> NO2

H2S + NO2 -> H2O+S+NO; rH>0

2S + 2NO2 -> 2SO2+N2; rH>0

4KNO3+7C +S -> 3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orka

:: “keðjuhvörf”

2KNO3 + SO2 -> K2SO4 + 2 NO2; rH<0

sprengjur (“bangers”)

sprengjur (“bangers”)

t.d. 4KNO3+7C +S

3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orka

= (g)

sprengjur (“bangers”)

t.d. 4KNO3+7C +S

3CO2+3CO+2N2+K2CO3+K2S+orka

2g

2 g (4KNO3+7C +S) ng = 0.032 mól

;VrRTP T=2500K

V= 4 cm3

P= 1640 atm!!

sprengjur (“bangers”)

Orka~5 kJ

Yfir-Þrýstingur~ 0.02 bör

Hljóðbylgja:

20 log( )

/ dB

YfirþrýstingurViðmiðunarþr.

Hljóðbylgja:

20 log( ) = 160 dB0.02

20 10-11

púður

t.d. 4KNO3+ 7C +S

Eldflaugar(“rockets”)

N2

CO

CO 2

Stýrirými:

Eldflaugar(“rockets”)

púðurt.d. 4KNO3+ 7C +S

“Stjörnu-kúlur”

Kveiki-Þráður

Stjörnu-hýsi

Þversnið:

“Stjörnu-kúlur”

púður

Kveiki-Þráður

Eldflaugar(“rockets”)

Eldflaugar(“rockets”)

M(s)/MY(s) + Púður(t.d. KNO3/KClO4+C+S)

M/MY + Púður-> M*(g) + Myndefni;M/MY + Púður-> MX*(g) + Myndefni; H<0

M* -> M + hMX* -> MX + h

?

Eldflaugar(“rockets”)

M/MY + Púður-> M*(g) + Myndefni;

*

*

*M* -> M + h M*

Þ.e.:

orka

M

Eldflaugar(“rockets”)

M/MY + Púður-> MX*(g) + Myndefni;

*(( ))

(( ))*

orka

stjörnuljós / GRÆN

M/MY + Púður-> MX*(g) + Myndefni;

T.D. Ba(NO3)2 KClO4 o.fl.

KCl +2O2

K++Cl-Ba2+

BaCl+* BaCl+ + h

stjörnuljós / GRÆN

Green star

stjörnuljós / GRÆN

M/MY + Púður-> MX*(g) + Myndefni;

T.D. Ba(NO3)2 KClO4 o.fl.

KCl +2O2

K++Cl-Ba2+

BaCl+* BaCl+ + h

stjörnuljós / Rauð

M/MY + Púður-> MX*(g) + Myndefni;

T.d. Sr(NO3)2

SrCO3

KClO4 KNO3, o.fl.

SrCl+*SrOH+*SrO*

h

stjörnuljós / Rauð

Red star

stjörnuljós / Rauð

M/MY + Púður-> MX*(g) + Myndefni;

T.d. Sr(NO3)2

SrCO3

KClO4 KNO3, o.fl.

SrCl+*SrOH+*SrO*

h

Flugeldar vs lotukerfið:

Flugeldar vs lotukerfið:

“afoxari”

K+M+ ->K++M

Flugeldar vs lotukerfið:

Stjörnublys og gos

Stjörnublys og gos

gos

Svarthluta-geislun

gos

titanium

gos

Stjörnublys

Stál-teinn

t.d.:

Fe, (“stjörnur”)

Al, (“eldsneyti”)Ba(NO3)2, (“eldsneyti”)Dextrin (bindiefni)

10Al + 3Ba(NO3)2 -> 3BaO + 3N2 + 5Al2O3 H<0::

Fe*FeO*

FeFeO +

h

h

Litaður reykur (Coloured smokes):

Púður + lífrænt litarefni -> lífrænt litarefni* H<0

lífrænt litarefni* -> lífrænt litarefni + h

Sbr.:

tengja kerfi

Litaður reykur:

Sbr.:

10

Litaður reykur:

Sbr.:

11

Litaður reykur:

Sbr.:

12

Sbr.:

Gleypni vs tengja kerfiLitaður reykur:

Sbr.: