Для успешной деятельности по части пиротехники нужно довольно много всего разного, потому перечисление с пояснениями будет длинным. Прежде всего: если хотите заниматься пиротехникой без проблем, то сначала приобретите загородный дом, желательно с хозяйственными постройками, как минимум с сараем. Некоторые вещи, описанные ниже, в городских условиях выполнить просто нереально. К ним, в частности, относятся все испытания пиротехнических изделий, но далеко не только они.
Из настоящего химического оборудования может потребоваться самый минимум — при условии, что вы не собираетесь всерьез заниматься органическим синтезом или обменными реакциями с участием газов, вам обязательно потребуется только фарфоровая ступка. Ступка нужна настоящая фарфоровая, большого размера (13 сантиметров в диаметре) — из бытовых вещей ее заменить нечем. Металлические кухонные ступки не годятся решительно!
Мыть и сушить ступку следует после каждого применения. Мытье в некоторых случаях (небольшие количества растворимых веществ) можно заменить на протирание влажным полотенцем. Если хотите, чтобы ступка служила долго, то не производите в ней проб на воспламенение, не замешивайте смеси с клеем и не используйте ее для долговременного хранения активных смесей. Если ступку все-таки испачкали какой-либо несмываемой органикой, то отмыть ее можно хромпиком (точнее, хромовой смесью: бихромат калия + серная кислота).
Фарфоровая ступка — практически вечный предмет, разбить ее можно разве что уронив на кафельный пол, и то без уверенности. Однако при интенсивном пользовании рабочая поверхность пестика постепенно засаливается — становится гладкой и блестящей, скользит по твердым частицам вместо того, чтобы из размалывать. Такой эффект получается, когда в ступке растирают смеси с порошками металлов или другими мягкими нерастворимыми материалами. Радикально восстановить рабочие свойства ступки можно, если отшлифовать залоснившуюся поверхность шкуркой средней крупности. Но скорее всего налет можно будет смыть несколькими каплями соляной кислоты или тем же хромпиком.
Хорошо также приобрести пластиковую воронку из полипропилена — в сравнении с бытовыми она более устойчива к действию разных реактивов, включая кислоты и растворители, и легче отмывается. В принципе не помешает и комплект для фильтрования под вакуумом (воронка Бюхнера, водяной насос, колба Бунзена и все к ним прилагающееся), но у меня его не было, и текст дальше написан в расчете, что такое оборудование у вас отсутствует. Но если есть такая возможность — приобретите обязательно! При той же наработке бертолетовой соли потерь у вас будет несравненно меньше.
Не помешает также химический штатив с зажимами и кольцами, хотя без него в принципе тоже можно обойтись, соорудив держатель для воронки из подручного материала (ДСП и фанеры). Также можно обойтись без химической термостойкой посуды — хотя с ней и удобнее, но неповрежденная эмалированная бытовая посуда ее с успехом заменяет, и к тому же гораздо долговечнее.
Из оборудования обязательно потребуются электронные весы, причем не одни, а двое разных. Одни — обычные кухонные на два-пять килограмм с точностью до одного грамма. Вторые (обязательно!) — лабораторные или ювелирные весы на предел 200 г с точностью до 0,01 грамма.
Остальное с успехом заменяют различные бытовые принадлежности. Прежде всего потребуются банки, много банок с завинчивающимися крышками, разных размеров — от мелких на 50, 100 и 200 мл, до емкостей 0,5, 0,7, 1 и 2-2,5 литра. Крышки у них должны быть желательно неповрежденными с внутренней стороны и завинчиваться плотно, обеспечивая герметичность. Для начала в такие банки следует расфасовать реактивы, если они приобретались в пакетиках — так вещества будут гораздо сохранней, особенно выветривающиеся и гигроскопичные. Потом в таких банках вы будете размещать готовые пиротехнические смеси для хранения. Герметичность крышек снимает многие вопросы по долговечности смесей: профессионалы-авторы пособий всегда имели дело с килограммами смесей, хранить которые в полной изоляции от влаги затруднительно. А с нашими объемами мы будем делать это легко.
Для этой цели неплохо иметь какое-то количество силикагеля. Мешочки с ним вкладывают в банки с готовыми смесями и изделиями, тогда они могут храниться долго, не окисляясь во влажной среде. Восстанавливать силикагель проще простого: надо прожарить его в духовке при 150 градусах несколько часов.
Обязательно потребуются медицинские одноразовые шприцы — универсальный инструмент для многих надобностей, начиная от измерения нужных объемов жидкостей (шприцы гораздо удобнее традиционных пипеток и устойчивы практически ко всем реактивам) и до использования в качестве мини-пресса. Стоит закупить сразу штук по пять шприцов на 20 и 10 мл, по одному-два на 2-3 мл и один на 50 мл.
Кроме этого, нужны мерные цилиндры на 100-200 мл, и на поллитра-литр, в качестве которых с успехом могут выступать бытовые пластиковые мерные кружки с делениями. Больших объемов с высокой точностью нам отмерять не придется, а для малых у нас есть шприцы.
Кстати, совет — не выбрасывайте пузырьки, пластиковые бутылочки от лекарств и крышки от аэрозольных баллончиков (если они без отверстия). Все это очень пригодится в домашней лаборатории. У пластиковых бутылочек обрезается верхняя часть и они служат для того же, для чего крышки от аэрозольных баллончиков — для смешивания небольших количеств составов, разведения эпоксидки и т.п.
Очень полезны в хозяйстве пластиковые лоточки с защелкивающейся крышкой (в них продают, например, рыбные пресервы: кильки и селедку пряного посола, селедку натуральную и в масле, а также мидий, кальмаров и т.п.). Лоточки бывают разной формы и размеров и хороши тем, что крышка у них защелкивается совершенно герметично. В них удобно хранить разные полуфабрикаты смесей, готовые звездки, а также использовать их вместо химической посуды для разных действий. Сделаны они, как и медицинские шприцы, из полипропилена (такой слегка мутноватый прозрачный пластик), весьма прочны, выдерживают температуру до 130 градусов, не подвержены влиянию кислот и органических растворителей.
Только не перепутайте с одноразовой посудой и контейнерами из полистирола (ПС) — эти хрупкие, легко ломаются, не терпят высокой температуры, и в довершение еще и мгновенно расползаются от многих органических растворителей. Посуду из ПС можно использовать только для одной цели: в ней удобно взвешивать различные вещества. Посуда из ПЭТ (полиэтилентерефталат, ПЭТФ, лавсан) несколько прочнее полистироловой — из ПЭТ, например, делают пластиковые бутылки, а также одноразовую упаковку для пирожных, салатов и т.п. Во многих случаях изделия из ПЭТ также годятся в качестве лабораторной посуды, но они не держат высокой температуры и, кроме бутылок, не запираются герметично, потому лоточки из полипропилена предпочтительней.
Для многих целей понадобится этиловый спирт. В основном мы его употребляем в виде 25% или 50% раствора, потому, если чистый не достанете, можно взять просто водку. 25% раствор получается, если на 100 грамм 40% водки добавить 60 мл воды. Но если вы будете употреблять в качестве связующих идитол, шеллак или канифоль, то понадобится и спирт-ректификат.
Для корпусов понадобится плотная бумага. В разделе о корпусах сказано, что крафт-бумагу можно приобрести в канцелярских магазинах. Ее с успехом заменяет плотная мелованная бумага от настенных календарей и постеров (от журналов, к сожалению, подходит хуже ввиду ее минимальной толщины). Обложки тех же настенных календарей, а также картонная упаковка от продуктов, лекарств, зубной пасты и пр. — незаменимый источник тонкого картона. Толстый картон (типа переплетного, толщиной 1,5-2 мм) можно найти в тех же канцелярских магазинах (наборы для 'умелых рук'), или извлечь из упаковки некоторых товаров. Учтите, что современные ламинированиые книжные обложки на наши надобности не годятся: клей к ним не пристает и в воде они не размокают.
Для картона и бумаги понадобится клей. Далее в тексте упоминаются следующие легкодоступные клеи, которыми лучше запастись заранее: водные — силикатный клей (aka 'жидкое стекло' — только для корпусов!); ПВА (для разных надобностей); неводные (синтетические) клеи — 'Момент-кристалл' (может быть заменен на обычный 'Момент' для резины); 'Момент-гель' (может быть заменен на нейтральный клей-герметик). Горючий нитроклей мы сделаем сами по ходу дела, в принципе он может быть заменен на загущенный (то есть специально выдержанный на воздухе) мебельный нитролак. Здесь не указаны клеевые связующие, входящие в огневые составы в качестве компонентов, они упоминаются наравне с реактивами в соотвествующих разделах (см., например, 'Цветные огни').
Для уплотнения смесей понадобится трамбовка в виде круглой палки на 2 мм меньше диаметром, чем корпуса наших изделий, т.е. в нашем случае диаметр должен составлять 17-18 мм. Делается предпочтительно из дерева твердых пород (дуба, бука) и желательно покрывается с торцевой стороны твердым лаком или краской (нитролак, нитрокраска, лак для паркета, автомобильная эмаль. Масляная краска или полиуретановый 'яхтный' лак не подойдут, так как дают мягкое покрытие). Лак нужен (а если трамбовка из березы или не дай бог, сосны — обязателен!) для того, чтобы трамбуемая смесь меньше налипала на торец и в дальнейшем не приводила к его отсыреванию во влажной атмосфере.
Для перемешивания смесей нужны шпатели. Я употребляю острые деревянные палочки прямоугольного сечения из твердого дерева (дуба, бука, яблони, в крайнем случае березы), примерно полсантиметра на сантиметр поверху, к концу сходящиеся на нет в одной из плоскостей. Палочкой хорошо предварительно разок размешать эпоксидку, вытереть тряпкой и дать высохнуть — так дерево становится еще тверже и к тому же водоустойчивым. Годятся и медицинские шпатели из нержавейки, но деревянные удобнее.
Все необходимые и желательные реактивы и материалы перечислять здесь бессмысленно. Они указываются в соответствующих разделах, вместе с рекомендациями по приобретению или получению. Укажем только, что трудности приобретения многих веществ сильно преувеличены: в обеих столицах и многих провинциальных центрах есть обычные и интернет-магазины, торгующие реактивами, материалами и оборудованием за наличный расчет. Например, мне непонятно, почему во всех рецептах получения бертолетовой соли с таким упорством упоминается удобрение 'хлористый калий', содержащее KCl не более 70% (и, самое неприятное, содержащее также хлористый натрий и еще кучу всего), хотя несложно приобрести реактив хлористый калий марки ХЧ что-нибудь за сотню рублей килограмм.
В эти магазины все равно придется обращаться, как минимум, за упомянутой выше ступкой и воронкой, иногда также потребуется индикаторная бумага. Вместо фильтровальной бумаги, кстати, удобно употреблять нетканый материал из полипропиленовых нитей, продающийся в магазинах типа 'Сад и огород' (подробнее о нем см. в разделе о получении бертолетовой соли).
Еще из оборудования понадобится нагревательный прибор для сушки изделий. В принципе сойдет любой электрокалорифер, лишь бы на него можно было положить что-либо горизонтально (лучше всего — металлическую пластину, а уже на ней раскладывать изделия для сушки). Эффективнее всех других таких приборов специальный плоский подогреватель для фотолабораторий, который предназначен для поддержания температуры растворов — он потребляет минимум энергии, слабо греет воздух в комнате (что немаловажно в теплую погоду) и его температура может регулироваться. В том, насколько необходим нагреватель, вы убедитесь сами с первого же раза, попытавшись высушить, например, звездки или стопин на воздухе. Подогреватель с успехом заменяется горизонтальной металлической поверхностью, находящейся на солнце, но оно светит, увы, не круглые сутки и далеко не круглый год.
Кроме того, загляните на кухню и убедитесь, что там имеется электродуховка с установкой температуры. Газовая духовка, встроенная в плиту, в принципе тоже годится, но ей пользоваться опаснее и не так удобно, как электрической. Духовка понадобится в качестве сушильного шкафа для экспресс-сушки при повышенной температуре (100 градусов), а также для 'прожаривания' черного пороха при его изготовлении.
Запаситесь длинными 'каминными' спичками в количестве. С их помощью проводят испытания смесей и готовых изделий. Альтернатива им в хозяйстве пиротехника — только лучины, которые гораздо менее удобны (в качестве лучин можно приобрести пачку деревянных шампурчиков). Походив с перманентным ожогом большого пальца, что непременно случится, если поджигать пробы составов обычными спичками или зажигалкой, вы сами придете к выводу об их необходимости в хозяйстве. Лучина от использованных каминных спичек — тоже полезная штука для разных надобностей. И, кстати, о зажигалке — для демонстраций и испытаний пригодится надежная турбо-зажигалка, имеющая свойство не гаснуть на ветру.
В комплект к 'каминным' спичкам нужна поверхность, на которой пробуют составы. К ней предъявляются достаточно серьезные требования: она должна быть ровной, не впитывающей влагу, легко отмывающейся, негорючей (причем обязана выдерживать достаточно высокую температуру горения составов с металлами, не трескаясь), химически неактивной, иметь хорошие теплоизоляционные свойства и низкую теплоемкость, чтобы не отбирать тепло у испытываемой смеси. Почти идеально (кроме теплоемкости) подходят плоские полированные обрезки гранита, которые можно попросить в гранитной мастерской. Из более доступных материалов можно запастись керамическими плитками — остатками от ремонта в ванной. Они не отвечают только требованию высокой теплостойкости — трескаются при высокой температуре, потому их часто приходится менять.
И еще — слесарно/столярные инструменты в количестве и ассортименте. Шуруповерт, набор сверл от 2 до 10 мм, ножовка по металлу, острые кусачки, маленькие плоскогубцы, канцелярский резачок, напильники, шкурка в листах или рулонах строго обязательны. Электродрель с широкими перовыми сверлами по дереву и ламинату, электрорубанок, шлифовальная машинка, тиски, струбцины, деревообрабатывающий станок, наконец — опционально. И не забудьте приставить к этому всему руки, растущие из подходящего места.
Один из признаков, отличающих образованного химика от дилетанта — умение правильно рассчитывать концентрации растворов. Решите для примера такую бытовую задачку: есть уксусная эссенция концентрацией 70%, надо получить из нее столовый уксус концентрацией 9%. А? Есть огромное количество людей (я бы даже сказал, что их большинство), которых подобные задачи вводят в полный ступор.
Решаются такие задачи практически в уме. В 100 граммах (точнее, миллилитрах) эссенции содержится 70 грамм (точнее, миллилитров) чистой уксусной кислоты. Итого задачка превращается в более простую: сколько надо добавить воды к 70 мл уксусной кислоты, чтобы получить концентрацию 9%? Не знаю, учат ли сейчас в школе составлять пропорции ('произведение крайних членов равно произведению средних членов'), но через них все оказывается очень просто. Поможет словесная формулировка задачи: в 1000 мл 9%-ного раствора 90 мл уксусной кислоты, в Х граммах - 70 мл. В математической форме это и будет пропорция: 1000:90=Х:70, откуда Х = (1000·70):90 = 70/0,09. Это объем 9-процентного раствора, который содержит 70 мл чистого уксуса. Калькулятор, встроенный в мобильник, вам расскажет, что объем этот равен 778 мл, вычитаем из него уксус, получаем 708 мл воды. В изначальной эссенции 30 грамм воды уже есть, потому надо добавить 708 - 30 = 678 (~680) мл воды. Ну, или просто налить в мерную кружку 100 мл этой самой эссенции и довести объем раствора до 780 мл.
Если вам эта методика понятна, то вы не удивитесь, если узнаете, что для получения 25% раствора спирта к 100 мл воды надо добавить 33 мл чистого спирта (а не 25, как напрашивается с первого взгляда).
Растворы жидкостей традиционно указывают в объемных процентах, а не весовых (массовых). Потому что жидкости не взвешивают, а отмеряют объемами, и, так как жидкости, как правило, имеют заметно разный удельный вес (массу), то пересчитывание массы в объем и обратно способно превратить простую арифметическую задачку в олимпиадное упражнение по математике. Учитывая особенно тот факт, что многие смеси жидкостей с водой имеют объем, отличный от суммы изначальных (к спиртовым растворам это относится в первую очередь).
Но надо учесть, что, например, в химической литературе, когда речь идет об описании химической реакции, соотношение всех участвующих веществ, в том числе жидкостей, указывают в массовых долях или процентах — иначе в этом случае, наоборот, пришлось бы пересчитывать объем в массу. Пример — книга Закощикова [5] о нитроцеллюлозе с ее многочисленными упоминаниями состава нитрующей смеси в весовых процентах.
В отличие от жидкостей, проценты в сухих смесях всегда указывают весовые (массовые). Если вы отмеряете компоненты по объему — ложкой (что всегда очень неточно), то это надо специально оговаривать, иначе можно самого себя и других ввести в неприятные ситуации (одна из таких ситуаций описана в разделе о применении бертолетовой соли). Но как быть, если имеется общий для всех смесей компонент, который добавляется в одном и том же количестве, но в рецепте обычно не указывается (например, декстрин в составе звездок — 5%)? Пересчитывать каждый раз состав, приводя к 100 процентам? Замучаешься пересчитывать, и, кроме того возникнет путаница, когда одинаковые рецепты будут выглядеть по-разному (пример — пороховая мякоть с декстрином и без него).
По этой причине в рецептах далее сумма процентов не всегда равна 100. По сути это не проценты, а весовые (массовые) доли1, которые так и надо воспринимать. Иногда (когда рецепт разрабатывал или пересчитывал я сам) компоненты прямо указываются в весовых долях, но чаще указан значок процентов, означающий на самом деле, что нужно взять столько компонента в граммах, чтобы получить где-то около 100 грамм смеси.
Остальное — по ходу дела. Начнем по порядку: с изготовления корпусов, иначе пиротехнические составы вам будет не в чем пробовать.