Новости химической науки > Фейерверки, зеленые во всех смыслах

Ученые и эксперты армии США по пиротехнике обнаружили, что соединение, которое в течение долгого времени не рассматривалось в качестве компонента пиротехнических составов из-за своей химической инертности, может заменить токсичный металл, в настоящее время применяющийся в зеленых фейерверках.

Джесс Сабатини (Jesse Sabatini) обнаружил, что при использовании в фейерверках карбид бора дает такую же эффективную зеленую окраску, как и применяющиеся в настоящее время в пиротехнических составах производные бария.

Замена бария на бор может уменьшить количество токсичных веществ, попадающих в атмосферу в результате фейерверков. Это особенно важно для мест, где световые шоу проводятся регулярно – на месте постоянного проведения фейерверков токсичные вещества могут просто накапливаться. Не менее экологов в разработке составов для экологически безопасной пиротехники заинтересованы военные – сигнальные ракеты используются для координации действий как на тренировках, так и в боевых условиях.

Фейерверки с новым пиротехническим составом оказались зелеными во всех смыслах. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Edn., 2011; doi:10.1002/anie.201007827)

Специалист по разработке экологически чистых пиротехнических составов из Университета Мюнхена Томас Клапотке (Thomas Klapötke), не принимавший участие в этом исследовании, отмечает, что в военном деле, где пиротехника в больших количествах применяется каждый день, постоянное воздействие бария на организм военных может стать реальной проблемой.

Сабатини получил от Армии США заказ на разработку дешевой не содержащей бария альтернативе ручной сигнальной ракете зеленого пламени M125A1. Основой этих сигнальных ракет является смесь нитрата бария с поливинилхлоридом, эта смесь горит зеленым пламенем с образованием хлорида бария. Помимо токсичности хлорида бария, к экологическим проблемам, связанным с таким пиротехническим составом можно считать и горение полихлорвинила, в результате которого в атмосферу выделяются токсичные хлорорганические соединения.

В поисках кандидатов на новый пиротехнический состав без бария и хлора исследователи обратили внимание на бор. Порошок аморфного бора сгорает зеленым пламенем с образованием оксида бора, однако сгорание аморфного бора происходит слишком быстро, чтобы применять его в пиротехнических составах. Исследователи обнаружили, что скорость горения можно замедлить, добавив к бору аморфному другую аллотропную модификацию – бор кристаллический, но кристаллический бор слишком дорог.

Сабатини отмечает, что исследователям казалось, что они находятся на грани прорыва, и они решили провести скрининг «экзотических» производных бора. В ставших уже классикой химических статьях 1950-х – 60-х годов Сабатини с соавторами обнаружили информацию о том, что отличающийся крайней химической инертностью при комнатной температуре карбид бора проявляет значительную химическую активность при повышенной температуре. Введение значительных количеств карбида бора в аморфный бор значительно увеличило время горения пиротехнического состава, но более того – исследователи с удивлением обнаружили, что наиболее эффективным временам горения является чистый карбид бора. Не меньшее удивление вызвали эти результаты и у Клапотке, по его словам именно химическая инертность карбида бора в свое время привела к тому, что это соединение не рассматривали, как возможный компонент для пиротехнических составов.

Клапотке уверен, что карбид бора вполне сможет заменить нитрат бария, поскольку пиротехнические составы на его основе характеризуются требуемым временем горения, чистотой спектра и высокой интенсивностью излучения. Карбид бора уже применяется в качестве промышленного абразива, что должно упростить сертификацию этого соединения в области экологической и токсической безопасности. Еще одной немаловажной деталью является то, что стоимость карбида бора существенно ниже стоимости нитрата бария.

Источник: Angew. Chem. Int. Edn., 2011; doi:10.1002/anie.201007827

метки статьи: #неорганическая химия, #новые материалы, #химическая технология