Номер 13, страница 154 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

13. Подготовьте сообщение об использовании металлов в пиротехнике или военном деле.

Металлы и их соединения играют ключевую роль в пиротехнике и военном деле благодаря своим уникальным химическим и физическим свойствам. Способность металлов при сгорании выделять огромное количество энергии в виде тепла и света, а также окрашивать пламя в различные цвета, нашла широкое применение в создании как зрелищных фейерверков, так и специализированных военных изделий.

Использование металлов в пиротехнике

В основе любого пиротехнического изделия лежит горючая смесь, которая обычно состоит из окислителя, горючего (топлива), связующего вещества и специальных добавок для создания эффектов. Металлы в этих смесях могут выступать в роли высококалорийного топлива или как компоненты, создающие цветовые и световые эффекты.

Создание цвета пламени

Цвет фейерверка определяется введением в состав солей определённых металлов. При высокой температуре атомы металлов или их летучие соединения (чаще всего хлориды) переходят в возбужденное состояние, а затем, возвращаясь в основное, излучают свет строго определённой длины волны, что и воспринимается как цвет.

• Красный: Соли стронция ($Sr$). Например, нитрат стронция ($Sr(NO_3)_2$) или карбонат стронция ($SrCO_3$).
• Оранжевый: Соли кальция ($Ca$). Используется хлорид кальция ($CaCl_2$) или сульфат кальция ($CaSO_4$).
• Желтый: Соли натрия ($Na$). Даже незначительные примеси натрия дают интенсивный желтый цвет. Используют криолит ($Na_3AlF_6$) или нитрат натрия ($NaNO_3$).
• Зеленый: Соли бария ($Ba$). Чаще всего применяют нитрат бария ($Ba(NO_3)_2$) или хлорат бария ($Ba(ClO_3)_2$).
• Синий: Соединения меди ($Cu$). Получение чистого и яркого синего цвета — одна из самых сложных задач в пиротехнике. Используют оксид меди(I) ($Cu_2O$) или хлорид меди(I) ($CuCl$).
• Фиолетовый: Смесь составов, дающих красный и синий цвета (например, соединения стронция и меди).
• Белый: Для получения яркого белого света или серебристых искр сжигают порошки металлов, таких как магний ($Mg$), алюминий ($Al$) или титан ($Ti$). Эти металлы горят при очень высокой температуре, создавая ослепительное белое пламя.
  Пример реакции горения магния: $2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO + \text{свет}$

Создание искр и других эффектов

Порошки металлов, таких как железо ($Fe$), сталь, алюминий ($Al$) и титан ($Ti$), используются для создания снопов искр. Частицы металла раскаляются в пламени и догорают уже в воздухе, разлетаясь в виде ярких треков. Цинк ($Zn$) используется в дымовых составах для создания плотной завесы белого дыма.

Ответ: В пиротехнике металлы и их соли используются в качестве топлива (алюминий, магний) и для создания разнообразных визуальных эффектов: соли стронция, кальция, натрия, бария и меди окрашивают пламя в красный, оранжевый, желтый, зеленый и синий цвета соответственно, а порошки железа, титана и алюминия создают яркие искры.

Использование металлов в военном деле

Принципы, используемые в развлекательной пиротехнике, нашли прямое применение и в военной сфере, но цели здесь иные: сигнализация, освещение, маскировка и поражение противника.

Осветительные и сигнальные средства

Осветительные снаряды и авиабомбы содержат пиротехнические составы на основе порошка магния ($Mg$) и нитрата натрия ($NaNO_3$). При сгорании этой смеси образуется яркое пламя, способное освещать местность на большой площади. Сигнальные ракеты («ракетницы») используют те же соли металлов, что и в фейерверках, для подачи сигналов определённого цвета (красный, зеленый, желтый).

Зажигательные смеси и боеприпасы

• Термитные составы: Ключевым компонентом является термит — смесь порошка алюминия ($Al$) с оксидом железа($III$) ($Fe_2O_3$). Реакция протекает с выделением огромного количества тепла, а образующееся расплавленное железо способно прожечь металлическую броню или вызвать пожары.
  Уравнение реакции термита: $2Al + Fe_2O_3 \rightarrow Al_2O_3 + 2Fe$
  Такие составы применяются в зажигательных гранатах и бомбах.
• Электрон: Сплав магния (около 90%) с алюминием, цинком и марганцем. Он лёгок и горит при температуре до 2800°C, выделяя ослепительный свет. Использовался для изготовления корпусов зажигательных авиабомб.

Трассирующие боеприпасы

Для корректировки огня в ночное время используются трассирующие пули и снаряды. В их донной части находится небольшой контейнер с пиротехническим составом, который при выстреле воспламеняется и оставляет за летящим боеприпасом яркий видимый след. Для красного цвета трассера используют соли стронция, для зелёного — бария.

Броня и бронебойные сердечники

Помимо пиротехнических применений, металлы являются основой защиты и нападения. Танковая броня — это сложные композиции из высокопрочных сталей, часто легированных хромом ($Cr$), никелем ($Ni$), молибденом ($Mo$). Для бронебойных снарядов используют сердечники из сверхпрочных и плотных материалов, таких как вольфрам ($W$) или обеднённый уран ($U$), для пробития защиты.

Ответ: В военном деле металлы применяются для создания осветительных (магний, натрий) и сигнальных (стронций, барий) средств, в зажигательных боеприпасах на основе термитных смесей (алюминий) и магниевых сплавов, в трассирующих пулях (стронций, барий), а также в качестве конструкционных материалов для брони (сталь, титан) и бронебойных сердечников (вольфрам, уран).