Caveman Projets Chimiste Gunpowder
Gunpowder a été inventé par les alchimistes chinois du 9ème siècle comme un mélange de soufre, du charbon et du salpêtre. Il a été employé dans des applications militaires au 10ème siècle en Chine. Par le 13ème siècle, le secret était étendu à l'Asie islamique où il a été utilisé contre les Européens. Depuis, la poudre à canon a été un aliment de base des établissements militaires et politiques.
Salpêtre ou nitre, est le nom commun pour le nitrate de potassium. Biringuccio nous tells comment l'extraire dans son Pirotechnia.
Comme je vous l'ai dit dans le chapitre sur les sels, le salpêtre est un mélange composé de nombreuses substances extraites avec le feu et l'eau des sols arides et manurial, de cette croissance qui se dégage de nouveaux murs ou de ce sol ameubli qui se trouve dans les tombes ou les grottes inhabitées où la pluie ne peut pas entrer. Je crois qu'il est engendré dans ces sols à partir d'une humidité aérienne qui est en état d'ébriété et absorbé par la sécheresse terreuse.
Ainsi, le début de la production de salpêtre primitive est de recueillir cette croûte blanche laissant derrière eux autant que possible le sol sous-jacent. Sur les trois nitrates présents, le nitrate de potassium est celui que nous avons besoin. Pour l'extraire, on utilise une réaction de métathèse à peu près de la même façon que nous avons déjà produit lye:
Ca (NO3) 2 (aq) + K2 CO3 (aq) -----> CaCO3 (s) + 2 KNO3 (aq)
Cela supprime tout le carbonate de calcium comme le calcium insoluble en laissant la plupart du temps nitrate de potassium et un peu de carbonate de sodium et de potassium qui peut être en outre séparé par recristallisations répétées de la même manière que nous avons produit la potasse.
Salpêtre a été extrait en Virginie, en particulier dans les grottes sèches de la vallée Shenendoah. La plupart du nitrate extrait aujourd'hui vient du Chili et est appelé « le Chili salpêtre », qui est le nitrate de sodium principalement. Cependant, la plupart du nitrate utilisé dans les explosifs et l'agriculture est aujourd'hui dérivé de l'azote dans l'air (voir acides).
Le troisième ingrédient de la poudre est du charbon. Comme nous l'avons vu, le charbon de bois est fabriqué à partir du bois par chauffage dans une réduction de atmoshphere, à savoir une faible teneur en oxygène. Le charbon est du carbone presque Prue, mais les propriétés mécaniques du charbon, la taille des grains, la forme et la structure, dépendent un peu du bois utilisé pour le faire. Willow est le bois traditionnel de choix, suivi de la vigne, noisetier, sureau, laurier, et des pommes de pin.
Le charbon est pas le seul carburant que nous pouvons utiliser, cependant. Tout ce qui brûle peut être utilisé comme combustible dans un explosif comme la poudre à canon. Nous allons faire la poudre à canon utilisant du charbon ou du sucre.
Quand les gens parlent d'explosifs dont ils parlent généralement des réactions de combustion qui produisent beaucoup de chaleur et de gaz dans un court laps de temps. L'explosion provient de l'expansion de ce gaz. Ainsi, au cœur des explosifs chimiques est un carburant qui brûle. Permet de considérer un carburant commun qui a été important dans ce cours: le charbon de bois. brûle le charbon de bois dans de l'air selon la réaction suivante:
C (s) + O2 (g) -----> CO2 (g)
Cette réaction est en effet énergique. Nous avons vu comment chaud un feu de charbon de bois peut obtenir lorsqu'il est fourni avec suffisamment d'air. Mais ce n'est pas une explosion, car seule la surface des brûlures de charbon de bois et il doit attendre de l'air frais à soufflé avant la prochaine couche de charbon de bois peut brûler. Il y a deux façons dont nous pouvons faire face à ce problème. Tout d'abord, on peut broyer le charbon en une poudre fine de telle sorte que la surface autant que possible est exposé. En second lieu, on peut le mélanger avec un agent oxydant solide pour que le charbon de bois ne doit pas attendre l'air frais. De nombreux agents oxydants peuvent être utilisés, mais l'un des meilleurs est un composé que nous avons vu auparavant: salpêtre ou nitrate de potassium. Le nitrate de potassium réagit avec le charbon de bois selon l'équation non équilibrée le suivant:
KNO3 (s) + C (s) + S (s) -----> N2 (g) + CO2 (g) + K2 S (s)
Vous aurez besoin de l'équation d'oxydoréduction équilibrée pour ce projet. Si nous ne recevons pas les montants exactement dans les bonnes proportions, non seulement nous perdre de précieuses matières premières comme le salpêtre et le soufre, ces matériaux en excès emporterai chaleur de la réaction et donc moins de chaleur seront disponibles pour le chauffage des gaz produits, qui alors ne se développe pas aussi rapidement. Le résultat: moins pour votre argent!
Vous utiliserez les principes de stoechiométrie pour répondre à deux questions importantes:- Combien de carburant dois-je réagir avec 1,00 g de soufre?
- Combien salpêtre dois-je réagir avec 1,00 g de soufre?
Si nous utilisons exactement ces proportions et si la réaction se déroule en fait selon notre réaction équilibrée, puis tout le soufre, du salpêtre, et le charbon sera consommé produire les quantités maximales de chaleur et de gaz. En d'autres termes, le plus pour votre argent. Dans le cas d'un tel mélange parfait, très peu de résidus sera laissé derrière.
Tous les explosifs que nous allons discuter besoin de deux parties: un combustible et un oxydant. Juste au sujet de tout ce qui brûle peut agir comme combustible: charbon, l'alcool, le mazout, le sucre, et même des poudres métalliques comme l'aluminium et le zinc. Il y a moins d'oxydants à choisir. Parmi les plus populaires sont salpêtre et le nitrate d'ammonium, tous deux fabriqués à partir d'acide nitrique.
Historiquement, salpêtre était l'oxydant de choix parce qu'il était le seul oxydant (autre que l'air) que les gens étaient au courant. Les explosifs qui utilisent salpêtre comme oxydant ont tendance à être relativement lente combustion. Cela signifie que la combustion a lieu dans quelques leasurely millième de secondes. Bien que cela semble encore assez rapide, il est assez lent que si le conteneur a un trou ou bouchon lâche, il soufflera le bouchon sans détruire le réservoir. Si le conteneur a un trou, nous avons une fusée. Si le conteneur a une fiche, nous avons une arme à feu. Dans les deux cas, il est important que l'arme à feu ou une roquette ne pas être détruit, car cela porterait atteinte à son utilité.
Ainsi, des explosifs à base de salpêtre-ont été historiquement utilisés comme poudres et propergols. Leur fonction est simplement de produire des gaz chauds pour propulser un projectile. La production d'une onde de choc n'est pas nécessaire. En fait, il faut éviter de telle sorte que le projectile ne soit pas détruit.
Un autre oxydant populaire est le nitrate d'ammonium, en partie parce qu'il est un bon oxydant mais surtout parce qu'il est un tel oxydant peu coûteux. Il est fabriqué entièrement à partir de l'azote et l'oxygène de l'air et de l'hydrogène à partir d'eau. Par conséquent, il n'y a pratiquement pas de matériel à acheter. Les seules dépenses sont les capitaux investis dans l'usine et l'électricité nécessaire pour l'exécuter.
Contrairement à des explosifs à base de salpêtre, ceux à base de nitrate d'ammonium détoner. Autrement dit, ils consomment leur carburant en millionièmes de seconde de sorte que toute réaction est terminée avant que le gaz a une chance de se développer. Par conséquent, une onde de choc est généré qui fait voler en éclats tout à proximité, y compris le récipient. Ces explosifs ne peuvent pas être utilisés comme agents propulseurs ou gunpowders car ils détruire la fusée, arme à feu, ou d'un canon. L'utilisation principale de ces explosifs est dynamitage, que ce soit pour l'exploitation minière ou de la construction.
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- Être en mesure d'équilibrer toute réaction d'oxydo-réduction en utilisant salpêtre comme oxydant.
- Pouvoir utiliser stoechiométrie pour déterminer les quantités de salpêtre, le soufre et le carburant à utiliser dans la fabrication de la poudre.
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Vous avez passé le test de la poudre à canon et construit trois fusées utilisant propergol maison. Nous allons ensuite les lancer. Pour passer, au moins un de vos fusées doit descendre au sol.