Химия и химические технологии/7. Неорганическая химия

д.ф.-м.н. Кузьмина Л.В., к.ф.-м.н. Газенаур Е.Г.,

д.ф.-м.н. Крашенинин В.И., Сугатов Е.В.

Кемеровский государственный университет, Россия

Реакционная способность азида серебра с различным содержанием примеси в неоднородном магнитном поле

В работе представлены результаты впервые проведенных исследований медленного разложения под действием неоднородного магнитного поля (МП) в кристаллах азида серебра с различным содержанием примеси. Выбор неоднородного МП в качестве фактора, инициирующего разложение энергетических материалов (на примере азида серебра), состоит в том, что именно с помощью этого фактора моделируются условия хранения и эксплуатации данных материалов.

Практическая значимость работы определяется возможностью использования экспериментальных результатов для управления стабильностью и реакционной способностью азида серебра, а также взрывоопасных материалов, изготовленных на их основе.

В практике выращивания кристаллов целью введения примесей является придание кристаллам нужных свойств. В настоящем исследовании примесь играет важную роль в образовании реакционных областей, а, следовательно, может оказывать влияние на стабильность данных материалов.

В работе использовали нитевидные кристаллы азида серебра с обычной фоновой примесью (Cu²⁺, Fe^3+, Al³⁺, Bi³⁺, Pb²⁺, Ca²⁺, Si⁴⁺, Ti²⁺, Mg²⁺) с концентрацией 3∙10^-5÷10^-4 мольных процента, а также с дополнительно введенной примесью свинца и железа 1 вес.%.

Методика эксперимента состояла в следующем: образцы азида серебра помещали в специально изготовленную открытую кювету из оргстекла, с оптимальными размерами стенок, заполненную вазелиновым маслом, слой которого соответствовал толщине кристалла, и располагали между полюсами магнитов определенной конфигурации. В качестве магнитной системы использовали односторонне пространственно нарастающее МП. Конструкцию из ячейки с кристаллом устанавливали на столик микроскопа с увеличением на 120. Напряженность МП измеряли с помощью миллитесламетра с чувствительностью 10^-5 Тл. Неоднородность МП создавалась путем изменения расстояния между магнитами относительно образца, т.е. в рабочем объеме установки. Для исследования газообразных продуктов разложения использовали метод внешнего газовыделения (под микроскопом фиксируются пузырьки газа, выделяемые в масло во время действия поля; измеряли их радиус R; находили объем V=4/3pR³; все объемы пузырьков суммировали и находили скорость газовыделения как суммарный объем за время, в течение которого происходит газовыделение u=åV/t_возд.

Получены зависимости скорости внешнего газовыделения в кристаллах азида серебра от времени воздействия неоднородного МП (рис. 1). На граыиках указаны максимальные значения индукции неоднородного МП.

Рис. 1. Зависимость скорости внешнего газовыделения в кристаллах азида серебра от времени воздействия МП: 1 – неоднородного 0,3 Тл; 2 – неоднородного 0,1 Тл; 3 – однородного 0,1 и 0,3 Тл

Из графика видно, что максимальная скорость газовыделения зависит от индукции МП. Но следует отметить, что неоднородное МП оказывает влияние на время начала газовыделения. Во всех случаях газовыделение наблюдается не более 2 минут.

Для кристаллов азида серебра с дополнительно введенной примесью свинца зависимость скорости внешнего газовделения от времени воздействия неоднородного МП имеет следующие особенности: газовыделение начинается раньше на 2 минуты, длительность увеличивается до 5 минут, и наблюдаются 2 пика (рис. 2). Что касается образцов с примесью железа, то внешнее газовыделение не отличается от кристаллов с обычной фоновой примесью.

Рис. 2. Зависимость скорости внешнего газовыделения в кристаллах азида серебра с дополнительно введенной примесью (1 вес.%) свинца (кривая 1) и железа (кривая 2) от времени воздействия неоднородного МП (0,3 Тл)

Эффективность действия неоднородного МП может быть связана с появлением дополнительной составляющей скорости положительных носителей заряда - дырок, являющихся будущими реагентами химической реакции, а именно дрейфовым движением перпендикулярно силовым линиям, что также сказывается на топографии продуктов разложения. Возможно, под действием неоднородного МП в кристалле возникают внутренние напряжения, так как распределение структурных элементов, имеющих заряд неравномерно, и поле с разной силой действует в разных точках кристалла, то в результате формируются напряжения кристаллической решетки, которые циклически релаксируют, вследствие чего, газовыделение так же циклично.