Chemia rakietowa
11 maja słuchacze Lubońskiego Uniwersytetu Trzeciego Wieku wzięli udział w wykładzie otwartym pt. Chemia rakietowa (z pokazem), który poprowadzili dr hab. Błażej Gierczyk oraz asystujący mu dr Maciej Zalas z Wydziału Chemii UAM w Poznaniu w Auli Collegium Chemicum w Kampusie Morasko w Poznaniu. Po przyjeździe do Moraska przywitał nas dr Mikołaj Tomaszyk, który przedstawił historię powstania Kampusu i poszczególnych wydziałów UAM, a następnie zaprosił do wysłuchania wykładu otwartego w Auli Collegium Chemicum pt. Chemia rakietowa. Wykłady te, organizowane w semestrze letnim przez Wydział Chemii UAM w Poznaniu cieszą się bardzo dużym zainteresowaniem. Ich tematyka obejmuje zagadnienia pozwalające przybliżyć rolę chemii w naszym życiu oraz zrozumieć zachodzące wokół nas zjawiska i procesy. Sala wykładowa pękała w szwach. W wykładzie wzięli udział zarówno studenci UAM, młodzież ze szkół średnich, dzieci z przedszkola jak i studenci – seniorzy z ULTW. Wszystkich przywiodło tutaj zainteresowanie chemią oraz odkrywanie jej tajemnic. Temat wykładu był interesujący, a dodatkowo towarzyszył mu ciekawy pokaz. Poznanie kosmosu i jego podbój jest wyzwaniem dla ludzkości. Być może w niedalekiej przyszłości ludzie będą kontrolowali Kosmos, tak jak teraz kontrolują Ziemię. Udane podróże w kosmos zależą jednak od rakiet o odpowiedniej prędkości wznoszenia, by pokonać siłę przyciągania ziemskiego. Pierwsze rakiety testowe odpalono po raz pierwszy w latach 20. XX wieku, później były satelity komunikacyjne i wahadłowce kosmiczne wielokrotnego startu. W 1926 roku odpalono pierwszą rakietę, a zastosowane w niej paliwo składało się z benzyny i płynnego tlenu, który pełnił rolę utleniacza. Potem stosowano różne rodzaje paliwa i utleniacze w postaci stałej i płynnej. Profesor Gierczyk omówił działanie rakietowych materiałów pędnych, czyli substancji chemicznych stanowiących źródło energii w silnikach rakietowych. Na początek podał przykład silnika rakietowego z wykorzystaniem sprężonego gazu. Zaprezentował gaśnicę śniegową wypełnioną sprężonym dwutlenkiem węgla. Okazało się, że cząsteczki dwutlenku węgla po rozprężeniu i wymieszaniu się z powietrzem nabierają pędu. Za najstarsze paliwo rakietowe uważa się proch czarny, wynaleziony w Chinach w IX w. Jest to mieszanina: siarki, węgla drzewnego i azotanu potasu. Był on używany, jako mieszanina pirotechniczna w karabinach, małych armatkach i bombach zapalających. Obecnie ma zastosowanie do produkcji sztucznych ogni i w silnikach rakiet modelarskich. Do napędzania niewielkiej rakiety można zastosować tzw. bawełnę strzelniczą. Jest to stałe paliwo rakietowe o wysokiej zawartości azotu. Włókna bawełny, czyli celulozy, poddane działaniu mieszaniny stężonego kwasu azotowego i kwasu siarkowego spalają się błyskawicznie Bardzo efektownie wyglądał pokaz spalania szmatki nasączonej tymi kwasami. Rakieta, to niestabilny obiekt. Jest wiele czynników, które mogą zmienić jej tor np.: nierównomierne podawanie paliwa. Stabilność rakiety zależy od wzajemnego położenia środka ciężkości i środka parcia aerodynamicznego. Eksperyment z papierowymi samolotami, obciążonymi spinaczami, miał pokazać jak ważny dla lotu rakiety jest środek masy, czyli punkt, w którym rozkład masy jest symetryczny oraz środek parcia lub ciśnienia, gdzie położona jest wypadkowa wszystkich sił oporu. Wykonane przez słuchaczy papierowe samoloty koloru czerwonego, obciążone spinaczem przy ogonie i samoloty zielone, obciążone spinaczem od strony dziobu, powędrowały w stronę katedry. Ich lot zdecydowanie się różnił. Okazało się, że stabilna rakieta powinna mieć środek ciężkości zawsze przed środkiem parcia aerodynamicznego. Do stabilizowania lotu rakiety stosuje się stateczniki. Eksperyment ten był bardzo efektowny i ożywił słuchaczy. Dowiedzieliśmy się, że zazwyczaj do produkcji paliw rakietowych stosuje się dwie substancje, z których jedna stanowi paliwo, a druga dostarcza potrzebnego utleniacza. Są to pierwiastki lub związki chemiczne reagujące szybko ze sobą z wydzieleniem dużej ilości ciepła i gazów. Jako paliwo można stosować np. ciekły amoniak lub anilinę, a utleniaczem, poza ciekłym tlenem może być nadtlenek wodoru, kwas azotowy i podtlenek azotu. Kolejny eksperyment polegał na spaleniu prażynek w ciekłym tlenie (utleniaczu), gdzie bodźcem energetycznym była zapałka. Nasączone ciekłym tlenem prażynki, po przyłożeniu zapalonej zapałki błyskawicznie uległy spaleniu. Specyficzną kategorię paliw płynnych stanowią paliwa dwuskładnikowe zwane hipergolowymi, które do zapłonu nie potrzebują układów zapłonowych. Spalanie paliwa zaczyna się samoczynnie, gdy jego składniki zaczynają się mieszać. Bardzo widowiskowy okazał się eksperyment zwany „szczekającym psem”. Prowadzący wykład napełnili szklaną rurę podtlenkiem azotu (substancja silnie utleniająca, stosowana w silnikach dla zwiększenia właściwości pędnych). Po wrzuceniu tworzywa sztucznego została zainicjowana gwałtowna reakcja spalania. Eksperymentowi towarzyszył odgłos szczekającego psa. Na zakończenie naukowcy zaprezentowali mały silnik hybrydowy, który wykorzystuje odrzut substancji roboczej. Paliwo jest tutaj mieszane z utleniaczem w komorze spalania, gdzie następuje spalanie i wyrzut gazów dyszą napędową. Eksperymenty były super, były wybuchy, dużo dymu i ognia. Wszyscy byli pod dużym wrażeniem wykładu i interesującego pokazu. Okazało się, że wchodzenie do świata wynalazków i odkryć chemicznych może być fascynującym zajęciem. Po posiłku w stołówce uniwersyteckiej wróciliśmy do Lubonia. Serdecznie dziękujemy dr Mikołajowi Tomaszykowi za umożliwienie uczestnictwa w tym interesującym wykładzie.
Maria Błaszczak
ULTW – Chemia rakietowa. – Słuchacze ULTW na terenie Wydziału Nauk Politycznych i Dziennikarstwa UAM fot. Maria Błaszczak