Зажигательные составы.(1)

1. Поджигаемые материалы
При помощи зажигательных составов может быть вызвано горение на воздухе ряда веществ и материалов. Однако чаще других осуществляется поджог следующих материалов:
— дерева на корню или в виде строительных материалов, топлива, деревянных строений и т. п.;
— травы и злаков на корню (посевы) или в сухом виде (фураж, зерновые склады);
— жидких нефтепродуктов в виде легкого топлива (бензин, лигроин, керосин и др.) или тяжелого топлива (нефть, мазут, тяжелые масла и др.).
Одни из указанных материалов зажигаются с трудом, другие — без особых трудностей. Для зажжения различных по легкости воспламенения материалов должны применяться и различные зажигательные составы и средства. Для того чтобы умело и с наименьшей затратой средств осуществить поджог различных материалов, надо знать их свойства. Поэтому ниже приведены некоторые свойства дерева и других горючих материалов.
Дерево.
Содержание влаги в дереве может колебаться в весьма широких пределах. Так, сырое дерево на корню, являющееся наиболее трудно воспламеняемым материалом, содержит около 100°/о влаги (по отношению к весу абсолютно сухого дерева); воздушно-сухое дерево содержит от 15 до 35% влаги. Температура воспламенения дерева находится в пределах от 300 до 400° С. Процесс горения дерева заключается в выделении из него при нагревании летучих составных частей и их последующем сгорании. Б. Г. Тидеман и Д. Б. Сциборский следующим образом характеризуют процессы, происходящие при нагревании дерева. При 110° С дерево подсыхает; начинают выделяться летучие вещества. При 110—150° С происходит пожелтение дерева и более сильное выделение летучих составных частей. При 150—230° С дерево приобретает коричневый оттенок и начинается обугливание. При 230—300°С происходит обугливание. Выше 300° С дерево начинает гореть. Назначение зажигательного состава при зажжении дерева сводится к прогреву какой-то по возможности большей части деревянного сооружения до температуры 300—400° С. Большим препятствием к этому является плохая теплопроводность дерева. Дальнейшее распространение горения после воспламенения дерева происходит уже за счет тепла, выделяющегося при горении. Теплотворная способность 1 кг воздушно-сухого дерева составляет 4000 ккал. Температура горения дерева равняется примерно 800— 1000° С. Горение дерева протекает интенсивнее при большем доступе воздуха к горящим поверхностям. Сырое дерево зажечь очень трудно, так как очень большое количество тепла расходуется на испарение из него влаги. Трава и злаки поддаются воспламенению значительно легче, чем дерево. Особенно легко воспламеняется сухое сено.
Жидкие нефтепродукты.
Воспламеняемость жидких нефтепродуктов определяется их температурой вспышки. Бензин, лигроин и другие жидкости, имеющие низкую температуру вспышки, воспламеняются тотчас же при поднесении к ним пламени. Такие жидкости, как нефть, пиронафт и др., температура вспышки которых  значительно выше комнатной температуры, требуют для воспламенения предварительного подогрева. Следует указать, что горят не жидкости, а только их пары, и воспламенение поэтому может наступить только тогда, когда над поверхностью горючей жидкости будет создана минимальная концентрация ее паров, при которой может произойти вспышка паро-воздушной смеси (табл.).

Поясним сказанное примером. При 0° С концентрация паров этилового спирта составляет 34 мг/л,. а для значительно более летучего этилового эфира — 780 мг/л. Концентрация паров этилового спирта при 0° С ниже указанной в таблице минимальной концентрации и поэтому этиловый спирт при 0° С не воспламеняется (температура его вспышки +12° С); концентрация паров эфира при 0° С значительно превышает величину, указанную в таблице, и поэтому эфир безотказно воспламеняется не только при 0° С, но и при более низкой температуре (его температура вспышки —20° С).

2. Классификация зажигательных составов и предъявляемые к ним требования
Все существующие зажигательные составы, если их рассматривать с точки зрения потребности при горении в кислороде воздуха, можно разделить на две большие группы.
I. Составы с окислителем
1) термиты и термитно-зажигательные составы, в которых основным окислителем является окисел металла;
2) составы, окислителем в которых является кислородсодержащая соль.
II. Составы без окислителя
1) нефтепродукты;
2) сплав «электрон»;
3) фосфор и его соединения;
4) прочие зажигательные вещества и смеси.
Иногда из группы II особо выделяют огнеметные смеси и вещества, самовоспламеняющиеся при соприкосновении их с водой или кислородом воздуха (металлический натрий и др.). Все виды зажигательных составов должны удовлетворять следующим требованиям:
1. Иметь по возможности более высокую температуру горения; температура горения любого зажигательного состава должна быть не ниже 800—1000° С.
2. Гореть с определенной скоростью, наиболее выгодной для воспламенения данных поджигаемых материалов.
Следует заметить, что скорость горения зажигательных составов меняется в зависимости от назначения и конструкции зажигательного изделия в весьма широких пределах; так, сгорание составов, помещаемых в зажигательные пули, происходит почти мгновенно; скорость горения запрессованных термитных составов измеряется миллиметрами в секунду; жидкие нефтепродукты горят еще медленнее.
3. Легко воспламеняться от обычных воспламенительных составов, так как применение переходных составов во многих случаях является нежелательным.

3. Термиты
В 60-х годах прошлого столетия выдающийся русский ученый Н. Н. Бекетов осуществил реакцию взаимодействия между окисью бария и алюминием и этим, а также дальнейшими своими исследованиями по получению щелочных металлов действием на их соединения металлического алюминия положил начало новой отрасли металлургии — алюминотермии. Реакции, протекающие по схеме
MO + M1 = M1O + M + Q ккал,
где МО — окисел металла и M1— металл, применяющийся для восстановления (алюминий), были им названы алюмино-термическими реакциями, а реакционноспо-собные смеси окислов металла с другим металлом получили название термитов. В качестве примера можно привести хорошо известную реакцию горения железо-алюминиевого термита:
Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Аl2О3 + 198 ккал.
Алюмино-термические реакции нашли большое применение в гражданской промышленности для получения в большом количестве чистых безуглеродистых металлов: хрома, марганца и др. Железо-алюминиевый термит широко применяется для сварки черных металлов (алюмино-термическая сварка рельсов). Характерными особенностями, отличающими процесс горения термитов от горения других пиротехнических составов, являются:
1) отсутствие при горении газообразных продуктов реакции, что обусловливает беспламенность горения;
2) высокая температура реакции горения; для большинства применяемых термитов она находится в пределах 2000—2800° С;
3) образование при горении расплавленных огненно-жидких шлаков.
Из других качеств следует указать трудность воспламенения термитов (температура самовоспламенения всех алюминиевых термитов выше 800° С, температура самовоспламенения железо-алюминиевого термита составляет 1300° С) и большую плотность вследствие применения для их изготовления окислов, имеющих большой удельный вес (например, Fe2O3 — уд. вес 5,1).
К термитам, применяющимся в качестве зажигательных составов, предъявляются следующие требования:
1) они должны выделять при горении максимальное количество теплоты;
2) должны давать высокую температуру горения;
3) шлаки, образующиеся при их горении, должны быть легко растекающимися, легкоплавкими и труднолетучими;
4) термиты должны легко воспламеняться;
5) должны трудно тушиться обычными огнетушительными средствами;
6) линейная скорость горения их должна выражаться единицами миллиметров в секунду.
Применяющееся в термитах горючее (металл) должно удовлетворять следующим требованиям:
1) выделять при своем сгорании максимальное количество теплоты;
2) образовывать при своем сгорании легкоплавкую и трудно летучую окись;
3) иметь большой удельный вес.
По опытам С. Ф. Жемчужного количество теплоты, выделяющееся при горении термитов, должно быть не менее 0,55 ккал на 1 г состава; в противном случае реакция горения протекает с трудом и не доходит до конца. Исходя из этого положения и учитывая то большое количество теплоты, которое должно быть затрачено на разложение окисла металла, становится очевидным, что в термитах могут быть использованы только высококалорийные горючие. Свойства некоторых простых веществ, характеризующие возможность их применения в термитах, приведены в таблице ниже. Наиболее подходящим горючим для термитов как по калорийности и значительному удельному весу, так и по сравнительно низкой температуре плавления (2050° С) окисла является алюминий. Применению магния, кроме экономических соображений и малого удельного веса, препятствует еще высокая температура плавления его окиси(2800° С).
Горючие для термитов.

4. Термитно-зажигательные составы
Термитно-зажигательными составами в отличие от термитов называются многокомпонентные смеси, содержащие наряду с термитом и другие вещества (добавки). Содержание термита в таких термитных составах составляет чаще всего 50—80%. Введение в термит различных добавок имеет целью увеличить его тепловой эффект, создать пламя при его горении, облегчить воспламенение термита, ускорить или замедлить процесс его горе¬ния, придать прочность спрессованным термитным составам. В качестве примера термитного состава, содержащего дополнительный окислитель — соль, можно привести рецепт смеси, употреблявшейся для снаряжения зажигательных АБ:
Нитрата бария - 26%
Окалины - 50%
Алюминия - 24%
Реакцию горения этого состава можно представить уравнением:
Ba(NO3)2 + 9Al + 2,2Fe3O4 = 4,5Al2O3 + BaO + 0,3FeO + 6,3 Fe + N2;
Тепловой эффект реакции сгорания этого состава q=1,10 ккал/г, и u=22,3 см3/г, что будет соответствовать образованию при горении состава 2,5% по весу газообразных продуктов и 97,5% твердых шлаков. При горении такого состава может образовываться баритовая шпинель ВаО • А12О3, представляющая собой весьма тугоплавкое соединение (температура плавления 2000+-40° С). Для снаряжения русских 76-мм снарядов употреблялся прессованный термитно-зажигательный состав:
Нитрата бария ............. 44%
Нитрата калия .............. 6%
Окнси железа .............. 21%
Алюминия . .............. 13%
Магння . ............... 12%
Связующих веществ .......... 4%
Количество газообразных продуктов, выделяющихся при горении такого состава, больше; температура вспышки состава находится в пределах 600 — 700° С. Добавка нитратов в термит повышает его тепловой эффект, придает ему некоторую пламенность при горении и снижает температуру его вспышки, но вместе с тем делает состав более чувствительным к механическим воздействиям. Из других окислителей — солей в термитные составы могут вводиться также сульфаты бария или кальция. В качестве связующих веществ в термитные составы вводят серу, жидкое стекло или органические цементаторы — смолы. Сгорание термитов, содержащих серу, сопровождается образованием пламени вследствие частичного сгорания серы в SO2; по¬лучающиеся шлаки более легкоплавки и текучи, так как наряду с окисью алюминия они содержат сернистые соединения (табл.) . Как указывает А. П. Горлов, для равномерного смешения термита с расплавленной серой во избежание комкования требуется нагрев компонентов до температуры 120 — 140° С и устранение возможности их быстрого охлаждения при смешении. Последнее обстоятельство делает работу по уплотнению термитов весьма трудоемкой и требующей большой осторожности. Введение в термитные составы в качестве цементатора жидкого стекла (15%-ный водный раствор силикатов натрия или калия) вызывает необходимость последующей сушки состава. Растворы силикатов натрия или калия имеют резкощелочную реакцию и при сушке может наблюдаться весьма энергичная коррозия алюминие-

Соединение	Молекулярный вес	Теплота образования в ккал/г.-моль	Температура плавления в °С	Примечание
A12S3	150	140	1100±10	Разлагается водой с образованием H2S
MgS	56	84	-	То же
CaS	72	111	-	.
FeS	88	23	1193	Не растворим в воде
MnS	87	44	-	Трудно растворим ,в воде
SiS2	92	34	-	.

вого порошка, сопровождающаяся в некоторых случаях значительным разогреванием состава (до 100° С). Из органических цементаторов в термитно-зажигательных составах применяют: асфальты, канифоль, олифу, бакелит и др.

5. Зажигательные составы с окислителями — солями
Такие зажигательные смеси, как, например:
1) 53% нитрата калия, 42% серы, 5% древесного угля, или
2) 80% нитрата калия. 20% асфальта, мало эффективны и пригодны лишь для зажжения легковоспламеняющихся материалов. Значительно более эффективными являются смеси с большим содержанием порошков магния или алюминия:
Нитрата калия - 65%
Алюминия - 26%
Древесного угля - 9%
________
Перхлората калия - 66%
Алюминия - 34%
________
Перхлората калия - 50%
Магння - 50%
Обычно термитно-зажигательными составами снаряжаются крупные изделия (снаряды среднего калибра, авиабомбы) : составы же с окислителями — солями более пригодны для снаряжения ими малокалиберных снарядов или зажигательных пуль, предназначаемых для зажжения жидкого топлива. Составы, подобные смеси, совсем не дают при своем сгорании жидких шлаков, и зажигательное действие их основано исключительно на непосредственном воздействии пламени. Требования, предъявляемые к составам такого типа, сводятся к следующему:
1) луч пламени, образовавшегося при их сгорании, должен обладать максимальной температурой и иметь наибольшую длину;
2) воздействие пламени на жидкое горючее должно происходить в течение не слишком короткого промежутка времени (например, десятых долей секунды).
Приведение в действие таких составов может осуществляться как от механического импульса (удар о броню), так и подрывом при помощи помещаемых в том же изделии взрывчатых веществ. В последнем случае горение составов может происходить с весьма большими скоростями, выражающимися десятками, сотнями и даже тысячами метров в секунду. Как своеобразные зажигательные смеси, можно рассматривать и смеси ВВ с алюминиевым порошком или пудрой. Во время второй мировой войны было установлено, что зажигательное действие ВВ от добавления к нему порошков металлов сильно повышается. В качестве примера можно привести взрывчатую смесь для немецких 20-мм снарядов: 76% гексогена, 20% алюминия, 4% флегматизатора.

6. Жидкие нефтепродукты и отвержденные горючие
Жидкие нефтепродукты во время второй мировой войны нашли большое применение в различных зажигательных изделиях. Так, например, зажигательные бомбы наполнялись нефтью, мазутом, керосином, бензином и другими нефтепродуктами. В некоторых случаях с целью увеличения времени горения и уменьшения распыления указанных жидкостей ими пропитывалась вата, хлопок или хлопчатобумажные концы. Главными достоинствами жидких нефтепродуктов при их применении в качестве зажигательных веществ являются:
1) большой тепловой эффект (1 г керосина дает при сгорании 10 ккал, термит — 0,8 ккал);
2) образование при горении большого пламени, а следовательно, и создание большого очага пожара;
3) малая скорость горения;
4) сравнительно низкая стоимость и достаточно широкая сырьевая база.
Недостатками их являются:
1) низкая температура горения (700—900° С, термит развивает при горении температуру 2400° С);
2) малый удельный вес (0,7—0,8, плотность спрессованного термита составляет 3—3,4);
3) отсутствие твердых продуктов сгорания—шлаков;
4) чересчур большая подвижность и растекаемость;
5) излишняя легкость испарения, следствием чего является бурный процесс горения при сообщении жидкости достаточно мощного теплового импульса.
Два последних недостатка можно в значительной мере устранить, если применять жидкие нефтепродукты в так называемом отвержденном виде. Отвержденными горючими называют горючие жидкости (углеводороды), превращенные путем соответствующей обработки в студнеобразное состояние. Отвержденное горючее как самостоятельно, так и в комбинации с термитом может применяться для наполнения тяжелых бомб, предназначаемых для поджога крупных деревянных строений (фиг. 45). Одним из возможных способов получения отвержденных горючих является растворение в соответствующих нефтепродуктах при подогреве некоторого количества стеариновой кислоты с последующей обработкой полученного раствора спиртовым раствором едкого натра. Протекающая при смешении этих двух растворов реакция может быть выражена уравнением:
С17Н35СООН + NaOH = С17H35COONa + Н2О
Горячую жидкость через шланги разливают в корпуса зажигательных бомб, где по охлаждении происходит ее превращение в студнеобразную массу. По указанному способу получают «твердую нефть», «твердый керосин» и т. п. На практике для получения отвержденных горючих можно воспользоваться не стеариненой кислотой, а техническим стеарином, представляющим собой смесь стеариновой и пальмитиновой кислот. Пальминитовая кислота C16H32O2 имеет температуру плавления 62° и температуру кипения 268 С. Стеариновая кислота С18Н36О2 имеет температуру плавления 71° С температуру кипения 359-383 С (При обычном давлении); уд. вес ее 0,94. К отвержденным горючим предъявляются следующие специальные требования:
1) малая летучесть;
2) легкость воспламенения;
3) максимальный тепловой эффект;
4) высокая температура горения;
5) постоянство при перевозках и при хранении
6) отсутствие явлений синерезиса при резких колебаниях температуры (от —30 до+ 40° С). Отвержденные обычным способом бензин и керосин легко воспламеняются от горящей спички. Калорийность отвержденного горючего близка к калорийности соответствующего нефтепродукта, но все же несколько ниже, особенно в том случае, если количество отверждающих добавок превышает 10—15% от общего веса горючего. Температура плавления отвержденных горючих составляет ~60° С, удельный вес их близок к удельному весу соответствующего нефтепродукта. Другим видом отвержденного горючего является «загущенное» горючее. В США загущенное горючее получило название напалм. Это наименование присвоено там как загущенному горючему, так и загущающему его порошку. Загущающий порошок — напалм представляет собой смесь алюминиевых солей олеиновой, нафтеновой и других органических кислот. Сырьем для его изготовления являются :
1. Олеиновая кислота, нафтеновая кислота и жирная кислота кокосового масла.
2. Водный раствор NaOH.
3. Водный раствор алюминиевых квасцов.
При смешении этих веществ происходит осаждение алюминиевых солей; полученная суспензия центрифугируется, в результате чего содержание воды в ней уменьшается до 35%>. Затем влажный напалм подается во вращающуюся сушилку, где подвергается действию горячего воздуха, имеющего температуру около 160° С. После сушилки содержание воды в напалме будет 0,4—0,8%. Сухой напалм измельчается в порошок на мельницах. Порошок напалм употребляется для загущения газолина; количество вводимого в газолин напалма в зависимости от требуемой степени загущения составляет от 4 до 11%. Загущенный газолин используется как для целей огнеметания, так и для заполнения корпусов зажигательных бомб. Отличительными свойствами загущенного горючего напалма являются значительная вязкость и липкость, что делает его подходящим средством для поджога деревянных строений. Напалм широко применялся американскими войсками при их варварском нападении на мирный корейский народ для массового уничтожения корейских деревень и сел.